Môžeš nájsť mechanická silasa používa všade v modernom svete. Dnes ste jazdili v aute? Energiu, buď z paliva, alebo z batérie, využívala na pohyb vzájomne prepojenej série mechanických komponentov - nápravy, prevodové stupne, pásy a tak ďalej - až sa nakoniec táto energia použila na roztočenie kolies a na pohyb vozidla dopredu.
Mocvo fyzike je mierousadzbana ktorom prácasa vykonáva v priebehu času. Slovo „mechanické“ je iba popisné; povie vám, že sila je spojená so strojom a pohybom rôznych komponentov, ako napríklad hnacieho ústrojenstva automobilu alebo zubov hodín.
Vzorec mechanickej sily používa rovnaké základné fyzikálne zákony, aké sa používajú pre iné formy sily.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
MocP je definované ako prácaŽcezčastpodľa nasledujúceho vzorca. Poznámka k jednotkám: výkon by mal byť vo wattoch (W), práca v jouloch (J) a čas v sekundách (s) - pred pripojením všetkých hodnôt vždy dvakrát skontrolujte.
Mechanická sila sa riadi rovnakými zákonmi, ktoré upravujú iné typy energie, napríklad chemickú alebo tepelnú.
Mechanická silaje jednoducho sila spojená s pohyblivými súčasťami mechanického systému, napríklad ozubenými kolesami, kolesami a remenicami vo vnútri starožitných hodín.Energia, sila, práca a sila
S cieľom porozumieť výrazu pre mechanickú silu je užitočné uviesť štyri navzájom súvisiace pojmy:energie, sila, prácaamoc.
- TheenergieEobjekt obsahuje je mierou toho, koľko práce môže urobiť; inými slovami, koľko pohybu má potenciál vytvoriť. Meria sa v jouloch (J).
- AsilaFje v podstate tlakom alebo ťahom. Sily prenášajú energiu medzi objektmi. Rovnako ako rýchlosť, aj sila má obojerozsahasmer. Meria sa v Newtonoch (N).
- Ak sila pohybuje predmetomrovnakým smeromjedná, koná práca. Podľa definície je na vykonanie jednej jednotky práce potrebná jedna jednotka energie. Pretože energia a práca sú navzájom definované, obe sa merajú v jouloch (J).
- Mocje mierou sadzbana ktorom práca sa vykonávaalebospotrebuje sa energia v priebehu času. Štandardná jednotka výkonu je watt (W).
Rovnica pre mechanickú silu
Kvôli vzťahu medzi energiou a prácou existujú dva bežné spôsoby matematického vyjadrenia moci. Prvý je z hľadiskapráca Žačas t:
P = \ frac {W} {t}
Sila v lineárnom pohybe
Pokiaľ máte do činenia s lineárnym pohybom, môžete predpokladať, že akákoľvek použitá sila buď posunie objekt dopredu alebo dozadu po priamej ceste v súlade s pôsobením sily - myslite na vlaky na a stopa. Pretože sa smerová zložka v zásade stará o seba, môžete tiež vyjadriť moc v podobe jednoduchého vzorca pomocousila, vzdialenosťarýchlosť.
V týchto situáciáchpráca Žmožno definovať akosila F × vzdialenosť d. Pripojte to k základnej rovnici vyššie a získate:
P = \ frac {Fd} {t}
Všimli ste si niečo známe? S lineárnym pohybom,vzdialenosťdelenočasje definícia prerýchlosť (v), takže môžeme tiež vyjadriť moc ako:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Príklad výpočtu: Preprava bielizne
Dobre, to bolo veľa abstraktnej matematiky, ale poďme teraz pracovať na vyriešení vzorového problému:
Rodičia vás požiadajú, aby ste hore niesli 10 kilogramový náklad čistej bielizne. Ak vám výstup na schody zvyčajne trvá 30 sekúnd a schody sú vysoké 3 metre, odhadujte koľko energie budete potrebovať na prenesenie oblečenia zo spodnej časti schodiska na schodisko hore.
Na základe výzvy sme vedeli, že častbude 30 sekúnd, ale nemáme hodnotu pre prácuŽ. Scenár však môžeme kvôli odhadu zjednodušiť. Namiesto toho, aby ste sa starali o to, aby ste bielizeň posúvali hore a dozadu pri každom jednotlivom kroku, predpokladajme, že ju jednoducho zdvihnete v jednej línii od svojej počiatočnej výšky. Teraz môžeme použiťP = F × d / tvyjadrenie mechanickej sily, ale stále musíme zistiť príslušnú silu.
Pri prenášaní bielizne musíte pôsobiť proti gravitačnej sile. Pretože gravitačná sila jeF = mgv smere dole, musíte použiť rovnakú silu v smere hore. Poznač si togje gravitačné zrýchlenie, ktoré je na Zemi 9,8 m / s2. V tejto súvislosti môžeme vytvoriť rozšírenú verziu štandardného vzorec sily:
P = mg \ frac {d} {t}
A môžeme pripojiť naše hodnoty pre hmotnosť, zrýchlenie, vzdialenosť a čas:
P = (10 \ krát 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ text {wattov}
Na prenášanie bielizne teda budete musieť vynaložiť asi 9,08 wattu.
Záverečná poznámka o zložitosti
Naša diskusia sa obmedzila na pomerne jednoduché scenáre a pomerne jednoduchú matematiku. V pokročilej fyzike môžu zložité formy rovnice mechanického výkonu vyžadovať použitie počtu a dlhšie, komplikovanejšie vzorce, ktoré zohľadňujú viac síl, zakrivený pohyb a ďalšie komplikácie faktorov.
Ak potrebujete podrobnejšie informácie, HyperPhysics databáza hostená na Gruzínskej štátnej univerzite je vynikajúcim zdrojom.