Kraft (fysikk): definisjon, formel, enheter, hvordan du finner (m / eksempler)

En kroppsbygger og en femteklasse kunne begge bære alle bøkene fra en hylle opp en trapp, men det er sannsynlig at de ikke vil fullføre oppgaven på samme tid. Kroppsbyggeren vil trolig være raskere fordi hun har en høyereeffektvurderingenn femteklassen.

Tilsvarende en racerbil med en høyhestekreftervil være i stand til å reise lenger mye raskere enn, vel, en hest.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Kraft er et mål på hvor mye arbeid som gjøres i et tidsintervall.

En rask merknad om hestekrefter: Begrepet er ment å sammenligne effekten av en dampmaskin med den fra en hest, som i en 700 hestekrefter motor kunne gjøre omtrent 700 ganger arbeidet til en enkelt hest. Dette dateres tilbake til da dampmaskiner var nye og en av de mest fremtredende oppfinnerne som jobbet for forbedre effektiviteten, James Watt, laget begrepet som en måte å overbevise den gjennomsnittlige personen om verdi.

Det er to måter å beregne effekt på, avhengig av hvilken informasjon som er tilgjengelig. I tillegg er det to kraftenheter som er like gyldige.

1. Kraft når det gjelder arbeid og tid:

Hvor jobberWmåles i Newton-meter (Nm), og tidtmåles i sekunder.

2. Kraft når det gjelder kraft og hastighet:

Hvor kraftFer i Newton (N), og hastighetver i meter / sekund (m / s).

Disse ligningene er ikke tilfeldig likeverdige. Den andre ligningen kan avledes fra den første slik:

Noter detarbeider det samme somkraft ganger forskyvning:​

Erstatt dette med den første kraftligningen:

Da, fordi forskyvning i en hvilken som helst tidsenheter hastighet(v = d / t), skriv om ordene på slutten somvfor å få den andre kraftligningen.

SI-enheten av kraftsblir vanligvis presentert somWatt (W), oppkalt etter den samme James Watt som designet motorer og sammenlignet dem med hester. Lyspærer og andre husholdningsapparater inkluderer vanligvis denne enheten på merkelappene.

Å se på den andre formelen for kraft fører imidlertid til en annen enhet. Kraft ganger hastighet gir en måling i enhetene Newton-meter per sekund (Nm / s). Da, fordi energienheten Joule også er definert som en Newton-meter (Nm), kan den første delen av den omskrives som en Joule i stedet, noe som resulterer i den andre SI-enheten:Joule per sekund (J / s).​

• Effekt kan måles i Watt (W) eller Joule per sekund (J / s).

Tatt i betraktning definisjonen av makt og de to måtene å finne den gir flere måter åøke noe makt: øke styrken (bruk mermakt) eller få utført det samme arbeidet raskere (reduserteller økev). En kraftig bil er sterkogrask, og en svak er ingen av dem. Delettere og raskere kan arbeidet utføres, denkraftigereenheten som utfører arbeidet.

• Hvordan øke kraften: Få mer gjort på kortere tid.

Dette innebærer også at en veldig sterk maskin, sier en svært muskuløs kroppsbygger, fortsatt kunnemangler kraft. En person som kan løfte en veldig tung last, men bare veldig sakte, er mindre kraftig enn noen som kan løfte den raskt.

Tilsvarende er en veldig rask maskin eller person som ikke får gjort mye, noen som raskt svever på plass, men som ikke kommer noen vei, faktisk ikke kraftig.

1. Usain Bolt genererte omtrent 25 W kraft i sin rekordinnstilte 100 m sprint, som tok 9,58 sekunder. Hvor mye arbeid gjorde han?

FordiPogter gitt, ogWer ukjent, bruk den første ligningen:

2. Med hvilken gjennomsnittlig kraft presset han mot bakken mens han løp?

Sidenarbeidi Nm er allerede kjent, som det erforskyvningi meter, vil dividere etter lengden på løpet gimakt(sagt på en annen måte,arbeider det samme somkraft ganger forskyvning:W = F × d):

3. Hvor mye kraft genererer en person på 48 kg som tar 6 sekunder å løpe opp et 3 meter trappesett?

I dette problemet er forskyvning og tid gitt, som raskt tillater en hastighetsberegning:

Den andre kraftligningen har hastighet, men den inkluderer også kraft. En person som løper opp en trapp jobber med å motvirke tyngdekraften. Så, i dette tilfellet kan kraften bli funnet ved hjelp av massen og akselerasjonen på grunn av tyngdekraften, som på jorden alltid er lik 9,8 m / s².

Nå passer kraft og hastighet inn i den andre formelen for kraft:

Legg merke til beslutningen om å la enhetene være her som J / s i stedet for Watts, er vilkårlig. Et like akseptabelt svar er 235,2 W.

4. Én hestekrefter i SI-enheter er omtrent 746 watt, som er basert på belastningen en fit hest kunne ha båret i ett minutt. Hvor mye arbeid gjorde eksempelhesten på denne tiden?

Det eneste trinnet før du kobler verdiene for kraft og tid til den første ligningen, er å sørge for at tiden er i de riktige SI-enhetene på sekunder ved å skrive om et minutt som 60 sekunder. Deretter:

Mange elektriske verktøy krever kunder et gebyr basert på dereskilowatt-timerav bruk. For å forstå betydningen av denne vanlige enheten for elektrisk kraft, begynn med å bryte ned enhetene.

Prefiksetkilobetyr 1000, så akilowatt (kW)er lik 1000 Watt. Dermed, akilowatt-time (kWh)er mengden kilowatt brukt på en times tid.

For å telle kilowatt-timer multipliserer du antall kilowatt ganger de brukte timene. Dermed, hvis noen bruker en 100 W-lyspære i 10 timer, vil de ha brukt totalt 1000 Watt-timer, eller 1 kWh strøm.

1. Et elektrisk verktøy koster $ 0,12 per kilowatt-time. Et veldig kraftig 3000 W vakuum brukes i 30 minutter. Hvor mye koster denne mengden energi huseierne?

3000 W = 3 kW

30 minutter = 0,5 timer

2. Det samme verktøyet krediterer en husstand med $ 10 for hver 4 kWh strøm den returnerer til nettet. Solen gir omtrent 1000 W kraft per kvadratmeter. Hvis en to kvadratmeter solcelle i et hus samler energi i 8 timer, hvor mye penger genererer den?

Gitt informasjonen i problemet, må solcellen kunne samle 2000 W fra solen, eller 2 kW. På 8 timer er det 16 kWh.