Mechanisch vermogen berekenen

Je kunt vinden mechanische krachtoveral in de moderne wereld in gebruik. Heb je vandaag in een auto gereden? Het gebruikte energie, hetzij uit brandstof of een batterij, om een ​​onderling verbonden reeks mechanische componenten te verplaatsen - assen, tandwielen, riemen enzovoort - totdat die energie uiteindelijk werd gebruikt om de wielen te laten draaien en het voertuig te verplaatsen vooruit.

​Vermogenin de natuurkunde is een maat voor detariefwaarbij werkwordt in de loop van de tijd uitgevoerd. Het woord "mechanisch" is louter beschrijvend; het vertelt je dat de kracht wordt geassocieerd met een machine en de beweging van verschillende componenten, zoals de aandrijflijn van een auto of de tandwielen van een klok.

De mechanische machtsformule maakt gebruik van dezelfde fundamentele natuurwetten als die voor andere vormen van macht.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

​VermogenP ​is gedefinieerd als werkW​over-tijdt​volgens de volgende formule. Opmerking over eenheden: vermogen moet in watt (W) zijn, werk in joule (J) en tijd in seconden (s) - controleer altijd voordat u uw waarden aansluit.

Mechanisch vermogen volgt dezelfde wetten die gelden voor andere soorten vermogen, zoals chemisch of thermisch. Mechanische krachtis gewoon kracht die wordt geassocieerd met de bewegende componenten van een mechanisch systeem, bijvoorbeeld de tandwielen, wielen en katrollen in een antieke klok.

Om de uitdrukking voor mechanisch vermogen te begrijpen, is het handig om vier onderling gerelateerde termen op te stellen:energie​, ​dwingen​, ​werkenmacht​.

• DeenergieE​een object bevat is een maat voor hoeveel werk het kan doen; met andere woorden, hoeveel beweging het kan creëren. Het wordt gemeten in joule (J).
• EENdwingenF​is in wezen een duw of trek. Krachten brengen energie over tussen objecten. Net als snelheid heeft kracht beideomvangenrichting. Het wordt gemeten in Newton (N).
• Als een kracht een voorwerp beweegtin dezelfde richtinghet is acteren, het presteert werk. Per definitie is er één eenheid energie nodig om één eenheid arbeid uit te voeren. Omdat energie en arbeid in termen van elkaar worden gedefinieerd, worden ze beide gemeten in joule (J).
• ​Vermogenis een maat voor de tariefwaarbij werk wordt uitgevoerdofenergie wordt gebruikt  na verloop van tijd. De standaardeenheid van vermogen is de watt (W).

Vanwege de relatie tussen energie en werk zijn er twee veelvoorkomende manieren om macht wiskundig uit te drukken. De eerste is in termen vanwerk​ ​Wentijd​ ​t​:

Als je te maken hebt met lineaire beweging, kun je ervan uitgaan dat elke uitgeoefende kracht een object beweegt vooruit of achteruit langs een recht pad in lijn met de actie van de kracht - denk aan treinen op a spoor. Omdat de directionele component in principe voor zichzelf zorgt, kun je macht ook in termen van een eenvoudige formule uitdrukken met behulp vandwingen​, ​afstand, ensnelheid​.

In deze situaties,werk​ ​Wkan worden gedefinieerd alsdwingen​ ​F​ × ​afstand​ ​d. Sluit dat aan op de basisvergelijking hierboven en je krijgt:

Merk je iets bekends op? Met lineaire beweging,afstandgedeeld doortijdis de definitie voorsnelheid​ (​v), dus we kunnen macht ook uitdrukken als:

Een voorbeeldberekening: wasgoed dragen

Oké, dat was een hoop abstracte wiskunde, maar laten we het nu aan het werk zetten om een ​​voorbeeldprobleem op te lossen:

​Je ouders vragen je om 10 kilo schoon wasgoed naar boven te dragen. Als je normaal gesproken 30 seconden nodig hebt om de trap te beklimmen en de trap 3 meter hoog is, schat dan hoeveel stroom heb je nodig om de kleding van de onderkant van de trap naar de te dragen top.​

Op basis van de prompt wisten we die tijdtduurt 30 seconden, maar we hebben geen waarde voor werkW. We kunnen het scenario echter vereenvoudigen omwille van de schatting. In plaats van u zorgen te maken over het op en neer bewegen van het wasgoed bij elke afzonderlijke stap, gaan we ervan uit dat u het gewoon in een rechte lijn vanaf de starthoogte optilt. Nu kunnen we deP​ = ​F​ × ​d​ / ​tuitdrukking van mechanische kracht, maar we moeten nog uitzoeken om welke kracht het gaat.

Om het wasgoed te kunnen dragen, moet je de zwaartekracht op het wasgoed tegengaan. Omdat de zwaartekracht isF = mgin de neerwaartse richting, moet u dezelfde kracht in de opwaartse richting uitoefenen. Let daar opgis de versnelling als gevolg van de zwaartekracht die op aarde 9,8 m/s is². Met dit in gedachten kunnen we een uitgebreide versie van de standaard vermogensformule maken:

En we kunnen onze waarden voor massa, versnelling, afstand en tijd inpluggen:

Je hebt dus ongeveer 9,08 watt nodig om de was te dragen.

Onze discussie is beperkt tot redelijk eenvoudige scenario's en relatief eenvoudige wiskunde. In geavanceerde natuurkunde kunnen geavanceerde vormen van de mechanische vermogensvergelijking het gebruik van calculus en langere, meer gecompliceerde formules die rekening houden met meerdere krachten, gebogen bewegingen en andere complicerende factoren.

Als u meer diepgaande informatie nodig heeft, kunt u de HyperPhysics-database gehost door Georgia State University is een uitstekende bron.