Jak obliczyć moc mechaniczną

Możesz znaleźć moc mechanicznaw użyciu wszędzie we współczesnym świecie. Jeździłeś dzisiaj samochodem? Zużywał energię z paliwa lub akumulatora, aby przenieść połączony szereg elementów mechanicznych – osie, koła zębate, paski i tak dalej – aż w końcu ta energia została wykorzystana do obracania kołami i poruszania pojazdem Naprzód.

​Mocw fizyce jest miarąoceniaćw którym pracajest wykonywany z biegiem czasu. Słowo „mechaniczny” ma jedynie charakter opisowy; mówi ci, że moc jest związana z maszyną i ruchem różnych elementów, takich jak układ napędowy samochodu lub tryby zegara.

Formuła mocy mechanicznej wykorzystuje te same podstawowe prawa fizyki, które są używane w przypadku innych form mocy.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

​MocP ​jest zdefiniowany jako pracaW​nadczast​według poniższego wzoru. Uwaga dotycząca jednostek: moc powinna być w watach (W), praca w dżulach (J), a czas w sekundach (s) – zawsze sprawdź dokładnie przed podłączeniem wartości.

Moc mechaniczna podlega tym samym prawom, które rządzą innymi rodzajami mocy, takimi jak chemiczna lub termiczna.

Aby nadać sens wyrażeniu na moc mechaniczną, pomocne jest określenie czterech powiązanych ze sobą terminów:energia​, ​siła​, ​pracaimoc​.

• energiami​obiekt zawiera jest miarą tego, ile pracy może wykonać; innymi słowy, ile ruchu ma potencjał do wytworzenia. Jest mierzony w dżulach (J).
• ZAsiłafa​jest w istocie pchaniem lub ciągnięciem. Siły przenoszą energię między obiektami. Podobnie jak prędkość, siła ma jedno i drugiewielkośćikierunek. Jest mierzony w Newtonach (N).
• Jeśli siła porusza przedmiotw tym samym kierunkudziała, działa praca. Z definicji do wykonania jednej jednostki pracy potrzebna jest jedna jednostka energii. Ponieważ energia i praca są definiowane w kategoriach siebie nawzajem, oba są mierzone w dżulach (J).
• ​Mocjest miarą oceniaćw którym praca jest wykonywanalubenergia jest używana  z biegiem czasu. Standardową jednostką mocy jest wat (W).

Ze względu na związek między energią a pracą istnieją dwa powszechne sposoby matematycznego wyrażania mocy. Pierwszy dotyczypraca​ ​Wiczas​ ​t​:

Jeśli masz do czynienia z ruchem liniowym, możesz założyć, że jakakolwiek przyłożona siła porusza obiekt do przodu lub do tyłu po prostej linii zgodnie z działaniem siły – pomyśl o pociągach na tor. Ponieważ składnik kierunkowy w zasadzie sam sobie radzi, możesz również wyrazić moc w postaci prostej formuły, używającsiła​, ​dystans, iprędkość​.

W takich sytuacjachpraca​ ​Wmożna zdefiniować jakosiła​ ​fa​ × ​dystans​ ​re. Podłącz to do powyższego podstawowego równania, a otrzymasz:

Zauważasz coś znajomego? Z ruchem liniowym,dystanspodzielony przezczasjest definicją dlaprędkość​ (​v), więc moc możemy również wyrazić jako:

Przykładowe obliczenia: noszenie prania

OK, to było dużo abstrakcyjnej matematyki, ale spróbujmy teraz rozwiązać przykładowy problem:

​Twoi rodzice proszą cię o przewiezienie na górę 10-kilogramowego ładunku czystego prania. Jeśli zwykle wejście po schodach zajmuje 30 sekund, a schody mają 3 metry wysokości, oszacuj ile energii będziesz potrzebować, aby przenieść ubrania z dołu schodów do Top.​

Na podstawie podpowiedzi wiedzieliśmy, że czastwyniesie 30 sekund, ale nie mamy wartości za pracęW. Możemy jednak uprościć scenariusz na potrzeby estymacji. Zamiast martwić się przesuwaniem prania w górę i do przodu na każdym kroku, załóżmy, że po prostu podnosisz je w linii prostej od jego początkowej wysokości. Teraz możemy użyćP​ = ​fa​ × ​re​ / ​tekspresja mocy mechanicznej, ale nadal musimy dowiedzieć się, jaka siła jest zaangażowana.

Aby przenosić pranie, musisz przeciwdziałać działającej na nie sile grawitacji. Ponieważ siła grawitacji jestF = mgw kierunku w dół, musisz zastosować tę samą siłę w kierunku do góry. Zauważ, żesoljest przyspieszeniem grawitacyjnym, które na Ziemi wynosi 9,8 m/s². Mając to na uwadze, możemy stworzyć rozszerzoną wersję standardowej formuły mocy:

I możemy dodać nasze wartości masy, przyspieszenia, odległości i czasu:

Więc będziesz musiał wydać około 9,08 watów, aby nosić pranie.

Nasza dyskusja ograniczyła się do dość prostych scenariuszy i stosunkowo prostej matematyki. W zaawansowanej fizyce wyrafinowane formy równania mocy mechanicznej mogą wymagać użycia rachunku różniczkowego i dłuższe, bardziej skomplikowane formuły uwzględniające wielokrotne siły, zakrzywiony ruch i inne komplikacje czynniki.

Jeśli potrzebujesz bardziej szczegółowych informacji, Baza danych HyperPhysics prowadzony przez Georgia State University jest doskonałym źródłem informacji.