Du kan finne mekanisk krafti bruk overalt i den moderne verden. Kjørte du i bil i dag? Den brukte energi, enten fra drivstoff eller et batteri, for å flytte en sammenkoblet serie med mekaniske komponenter - aksler, gir, belter og så videre - helt til energien ble brukt til å snurre hjulene og flytte kjøretøyet framover.
Makti fysikk er et mål påvurdereved hvilken arbeidblir utført over tid. Ordet "mekanisk" er bare beskrivende; den forteller deg at kraften er assosiert med en maskin og bevegelse av forskjellige komponenter som drivlinjen til en bil eller tannhjulene til en klokke.
Den mekaniske kraftformelen bruker de samme grunnleggende fysikklover som brukes til andre former for kraft.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
MaktP er definert som arbeidWovertidti henhold til følgende formel. Merknad om enheter: Strømmen skal være i watt (W), arbeid i joule (J) og tid i sekunder (sekunder) - dobbeltsjekk alltid før du plugger inn verdiene dine.
Mekanisk kraft følger de samme lovene som styrer andre typer kraft som kjemisk eller termisk.
Energi, kraft, arbeid og kraft
For å gi mening om uttrykket for mekanisk kraft, er det nyttig å legge ut fire sammenhengende termer:energi, makt, arbeidogmakt.
- DeenergiEet objekt inneholder er et mål på hvor mye arbeid det kan gjøre; med andre ord hvor mye bevegelse den har potensial til å skape. Det måles i joule (J).
- ENmaktFer i hovedsak et trykk eller trekk. Krefter overfører energi mellom objekter. I likhet med hastighet har kraft begge deleromfangetogretning. Det måles i Newton (N).
- Hvis en kraft beveger et objekti samme retningdet handler, det utfører arbeid. Per definisjon er det nødvendig med en enhet for å utføre en arbeidsenhet. Fordi energi og arbeid er definert i forhold til hverandre, måles de begge i joule (J).
- Makter et mål på vurdereved hvilken arbeid utføresellerenergi brukes over tid. Standard kraftenhet er watt (W).
Ligning for mekanisk kraft
På grunn av forholdet mellom energi og arbeid er det to vanlige måter å uttrykke makt matematisk på. Den første er mhtarbeid Wogtid t:
P = \ frac {W} {t}
Kraft i lineær bevegelse
Hvis du har å gjøre med lineær bevegelse, kan du anta at en hvilken som helst kraft som brukes, enten beveger et objekt fremover eller bakover langs en rett sti i tråd med styrkens handling - tenk på tog på en spor. Fordi retningskomponenten i utgangspunktet tar vare på seg selv, kan du også uttrykke kraft i form av en enkel formel ved hjelp avmakt, avstand, oghastighet.
I disse situasjonene,arbeid Wkan defineres sommakt F × avstand d. Koble det til grunnlegningen ovenfor, og du får:
P = \ frac {Fd} {t}
Legg merke til noe kjent? Med lineær bevegelse,avstanddelt påtider definisjonen forhastighet (v), slik at vi også kan uttrykke makt som:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Et eksempel på beregning: Bære tøy
OK, det var mye abstrakt matematikk, men la oss sette det i gang nå for å løse et eksempel på et problem:
Foreldrene dine ber deg ta med deg 10 kg rent tøy oppe. Hvis det normalt tar deg 30 sekunder å gå opp trappene, og trappene er 3 meter høye, anslår du hvor mye kraft trenger du å bruke for å bære klærne fra trappens bunn til topp.
Basert på ledeteksten visste vi den tidentvil være 30 sekunder, men vi har ingen verdi for arbeidW. Imidlertid kan vi forenkle scenariet for estimerings skyld. I stedet for å bekymre deg for å flytte tøyet opp og fremover på hvert trinn, la oss anta at du bare løfter det i en rett linje fra starthøyden. Nå kan vi brukeP = F × d / tuttrykk for mekanisk kraft, men vi trenger fortsatt å finne ut hvilken kraft som er involvert.
For å bære tøyet må du motvirke tyngdekraften på det. Siden tyngdekraften erF = mgi retning nedover, må du bruke samme kraft i retning oppover. Noter detger akselerasjonen på grunn av tyngdekraften som på jorden er 9,8 m / s2. Med dette i bakhodet kan vi lage en utvidet versjon av standard kraftformel:
P = mg \ frac {d} {t}
Og vi kan plugge inn verdiene våre for masse, akselerasjon, avstand og tid:
P = (10 \ ganger 9.8) \ frac {3} {30} = 9.08 \ tekst {watt}
Så du må bruke ca 9,08 watt for å bære tøyet.
En siste merknad om kompleksitet
Diskusjonen vår har vært begrenset til ganske greie scenarier og relativt enkel matte. I avansert fysikk kan sofistikerte former for den mekaniske kraftligningen kreve bruk av kalkulus og lengre, mer kompliserte formler som tar hensyn til flere krefter, buet bevegelse og andre kompliserende faktorer.
Hvis du trenger mer inngående informasjon, kan HyperPhysics-database vert for Georgia State University er en utmerket ressurs.