Как рассчитать механическую мощность

Ты можешь найти механическая силаиспользуется повсюду в современном мире. Вы сегодня ездили на машине? Он использовал энергию, либо от топлива, либо от батареи, для перемещения взаимосвязанного ряда механических компонентов - оси, шестерни, ремни и так далее - до тех пор, пока, наконец, эта энергия не использовалась для вращения колес и движения транспортного средства вперед.

​Мощностьв физике - это мерапоказательна котором Работавыполняется с течением времени. Слово «механический» носит чисто описательный характер; он говорит вам, что мощность связана с машиной и движением различных компонентов, таких как трансмиссия автомобиля или шестеренки часов.

Формула механической силы использует те же фундаментальные законы физики, которые используются для других форм силы.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

​Мощностьп ​определяется как РаботаW​надвремят​по следующей формуле. Примечание по единицам измерения: мощность должна быть в ваттах (Вт), работа - в джоулях (Дж), а время - в секундах (с) - всегда перепроверяйте, прежде чем вводить свои значения.

Механическая энергия подчиняется тем же законам, что и другие типы энергии, такие как химическая или термическая. Механическая мощностьэто просто сила, связанная с движущимися компонентами механической системы, например шестернями, колесами и шкивами внутри старинных часов.

Чтобы понять выражение механической мощности, полезно выделить четыре взаимосвязанных термина:энергия​, ​сила​, ​Работаа такжемощность​.

• ВэнергияE​объект содержит меру того, сколько работы он может сделать; другими словами, сколько движения он может создать. Он измеряется в джоулях (Дж).
• АсилаF​по сути, толкать или тянуть. Силы передают энергию между объектами. Как и скорость, сила имеет ивеличинаа такженаправление. Он измеряется в Ньютонах (Н).
• Если сила перемещает объектв том же направленииэто действует, это выполняет Работа. По определению, одна единица энергии необходима для выполнения одной единицы работы. Поскольку энергия и работа определяются друг с другом, они оба измеряются в джоулях (Дж).
• ​Мощностьявляется мерой показательна котором работа выполняетсяили жеэнергия используется  со временем. Стандартная единица мощности - ватт (Вт).

Из-за взаимосвязи между энергией и работой есть два распространенных способа выражения силы математически. Первый - с точки зренияРабота​ ​Wа такжевремя​ ​т​:

Если вы имеете дело с линейным движением, вы можете предположить, что любая приложенная сила либо перемещает объект вперед или назад по прямому пути в соответствии с действием силы - подумайте о поездах на отслеживать. Поскольку компонент направления в основном заботится о себе, вы также можете выразить мощность в терминах простой формулы, используясила​, ​расстояние, а такжескорость​.

В этих ситуацияхРабота​ ​Wможно определить каксила​ ​F​ × ​расстояние​ ​d. Подключите это к основному уравнению выше, и вы получите:

Заметили что-нибудь знакомое? При линейном движении,расстояниеделенное навремяэто определение дляскорость​ (​v), поэтому мы также можем выразить мощность как:

Пример расчета: переноска белья

Хорошо, это было много абстрактной математики, но давайте приступим к работе, чтобы решить примерную задачу:

​Родители просят вас отнести наверх 10-килограммовый груз чистого белья. Если обычно подъем по лестнице занимает 30 секунд, а высота лестницы составляет 3 метра, оцените сколько энергии вам нужно будет затратить, чтобы перенести одежду с нижней части лестницы на вершина.​

Судя по подсказке, мы знали, что времятбудет 30 секунд, но у нас нет значения для работыW. Однако мы можем упростить сценарий для оценки. Вместо того чтобы беспокоиться о перемещении белья вверх и вперед на каждом отдельном этапе, давайте предположим, что вы просто поднимаете его по прямой с начальной высоты. Теперь мы можем использоватьп​ = ​F​ × ​d​ / ​твыражение механической силы, но нам все еще нужно выяснить задействованную силу.

Чтобы переносить белье, вы должны противодействовать действующей на него силе тяжести. Поскольку сила тяжестиF = мгв направлении вниз вы должны приложить ту же силу в направлении вверх. Обратите внимание, чтограммускорение свободного падения, которое на Земле составляет 9,8 м / с.². Имея это в виду, мы можем создать расширенную версию стандартной формулы мощности:

И мы можем подставить наши значения для массы, ускорения, расстояния и времени:

Таким образом, для переноски белья вам потребуется около 9,08 Вт.

Наше обсуждение ограничилось довольно простыми сценариями и относительно простой математикой. В продвинутой физике сложные формы уравнения механической мощности могут потребовать использования исчисления и более длинные и сложные формулы, учитывающие несколько сил, искривленное движение и другие усложняющие факторы.

Если вам нужна более подробная информация, База данных HyperPhysics организованный Государственным университетом Джорджии, является отличным ресурсом.