Como calcular a potência mecânica

Você pode encontrar Poder mecânicoem uso em todo o mundo moderno. Você andou de carro hoje? Usava energia, seja de combustível ou bateria, para mover uma série interconectada de componentes mecânicos - eixos, engrenagens, correias e assim por diante - até que, finalmente, essa energia foi usada para girar as rodas e mover o veículo frente.

​Poderna física é uma medida doavaliarem qual trabalhosestá sendo executado ao longo do tempo. A palavra “mecânico” é meramente descritiva; ele informa que a potência está associada a uma máquina e ao movimento de diferentes componentes, como o sistema de transmissão de um carro ou as engrenagens de um relógio.

A fórmula do poder mecânico usa as mesmas leis fundamentais da física que são usadas para outras formas de poder.

TL; DR (muito longo; Não li)

​PoderP ​é definido como trabalhosC​sobreTempot​de acordo com a seguinte fórmula. Nota sobre as unidades: a potência deve ser em watts (W), trabalhar em joules (J) e o tempo em segundos (s) - sempre verifique antes de inserir seus valores.

A energia mecânica segue as mesmas leis que regem outros tipos de energia, como química ou térmica. Poder mecânicoé simplesmente energia associada aos componentes móveis de um sistema mecânico, por exemplo, as engrenagens, rodas e polias dentro de um relógio antigo.

A fim de dar sentido à expressão de potência mecânica, é útil estabelecer quatro termos inter-relacionados:energia​, ​força​, ​trabalhosepotência​.

• OenergiaE​um objeto contém é uma medida de quanto trabalho ele pode fazer; em outras palavras, quanto movimento ele tem o potencial de criar. É medido em joules (J).
• UMAforçaF​é, em essência, um empurrão ou puxão. As forças transferem energia entre objetos. Como a velocidade, a força tem ambosmagnitudeedireção. É medido em Newtons (N).
• Se uma força move um objetona mesma direçãoestá atuando, atua trabalhos. Por definição, uma unidade de energia é necessária para realizar uma unidade de trabalho. Como a energia e o trabalho são definidos em termos um do outro, ambos são medidos em joules (J).
• ​Poderé uma medida do avaliarem qual o trabalho é realizadoouenergia é usada  hora extra. A unidade padrão de potência é o watt (W).

Por causa da relação entre energia e trabalho, existem duas maneiras comuns de expressar poder matematicamente. O primeiro é em termos detrabalhos​ ​CeTempo​ ​t​:

Se você está lidando com movimento linear, você pode assumir que qualquer força aplicada move um objeto para frente ou para trás ao longo de um caminho reto em linha com a ação da força - pense em trens em um acompanhar. Como o componente direcional basicamente cuida de si mesmo, você também pode expressar o poder em termos de uma fórmula simples usandoforça​, ​distância, evelocidade​.

Nessas situações,trabalhos​ ​Cpode ser definido comoforça​ ​F​ × ​distância​ ​d. Conecte isso à equação básica acima e você obterá:

Notou algo familiar? Com movimento linear,distânciadividido porTempoé a definição paravelocidade​ (​v), então também podemos expressar poder como:

Um exemplo de cálculo: transporte de roupa suja

OK, isso foi muita matemática abstrata, mas vamos colocá-la para trabalhar agora para resolver um problema de amostra:

​Seus pais pedem que você carregue uma carga de 10 quilos de roupa limpa para cima. Se você normalmente leva 30 segundos para subir as escadas e as escadas têm 3 metros de altura, faça uma estimativa quanta energia você precisará gastar para carregar as roupas da parte inferior da escada para o principal.​

Com base no prompt, sabíamos que tempotserá de 30 segundos, mas não temos um valor para o trabalhoC. No entanto, podemos simplificar o cenário para fins de estimativa. Em vez de se preocupar em mover a roupa para cima e para frente em cada etapa individual, vamos supor que você a esteja simplesmente levantando em linha reta desde sua altura inicial. Agora podemos usar oP​ = ​F​ × ​d​ / ​texpressão de força mecânica, mas ainda precisamos descobrir a força envolvida.

Para carregar a roupa, você deve neutralizar a força da gravidade sobre ela. Uma vez que a força da gravidade éF = mgna direção para baixo, você deve aplicar essa mesma força na direção para cima. Observe quegé a aceleração da gravidade que na Terra é de 9,8 m / s². Com isso em mente, podemos criar uma versão expandida da fórmula de potência padrão:

E podemos inserir nossos valores de massa, aceleração, distância e tempo:

Portanto, você precisará gastar cerca de 9,08 watts para carregar a roupa.

Nossa discussão foi limitada a cenários bastante diretos e matemática relativamente simples. Em física avançada, formas sofisticadas da equação de potência mecânica podem exigir o uso de cálculo e fórmulas mais longas e complicadas que levam em consideração forças múltiplas, movimentos curvos e outras complicações fatores.

Se você precisar de informações mais detalhadas, o Banco de dados HyperPhysics hospedado pela Georgia State University é um excelente recurso.