คุณสามารถหา พลังงานกลใช้งานได้ทุกที่ในโลกสมัยใหม่ วันนี้คุณนั่งรถแล้วหรือยัง? มันใช้พลังงานไม่ว่าจะจากเชื้อเพลิงหรือแบตเตอรี่เพื่อเคลื่อนย้ายส่วนประกอบทางกลที่เชื่อมต่อถึงกัน – เพลา เกียร์ สายพาน และอื่นๆ จนในที่สุดพลังงานนั้นก็ถูกใช้เพื่อหมุนล้อและเคลื่อนย้ายรถ ไปข้างหน้า
พลังในวิชาฟิสิกส์เป็นตัววัดของประเมินค่าที่ งานกำลังดำเนินการเมื่อเวลาผ่านไป คำว่า "เครื่องกล" เป็นเพียงการพรรณนา มันบอกคุณว่ากำลังที่เกี่ยวข้องกับเครื่องจักรและการเคลื่อนที่ของส่วนประกอบต่างๆ เช่น ระบบขับเคลื่อนของรถยนต์หรือฟันเฟืองของนาฬิกา
สูตรกำลังกลใช้กฎฟิสิกส์พื้นฐานเดียวกันกับที่ใช้สำหรับพลังงานรูปแบบอื่น
ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)
พลังพี ถูกกำหนดเป็น งานWเกินเวลาtตามสูตรต่อไปนี้ หมายเหตุเกี่ยวกับหน่วย: กำลังไฟฟ้าควรเป็นวัตต์ (W) ทำงานเป็นจูล (J) และเวลาเป็นวินาที (s) - ตรวจสอบอีกครั้งเสมอก่อนที่จะเสียบค่าของคุณ
พลังงานกลเป็นไปตามกฎหมายเดียวกันกับพลังงานประเภทอื่น เช่น เคมีหรือความร้อน กำลังเครื่องกลเป็นเพียงกำลังที่เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบที่เคลื่อนไหวของระบบกลไก เช่น เฟือง ล้อ และรอกภายในนาฬิกาโบราณ
พลังงาน แรง งานและกำลัง
เพื่อให้เข้าใจความหมายของพลังงานกล การวางคำที่เกี่ยวข้องกันสี่คำที่เป็นประโยชน์:พลังงาน, บังคับ, งานและอำนาจ.
- พลังงานอีวัตถุมีเป็นตัววัดว่าสามารถทำงานได้มากเพียงใด กล่าวอีกนัยหนึ่งว่าการเคลื่อนไหวมีศักยภาพที่จะสร้างได้มากเพียงใด มีหน่วยวัดเป็นจูล (J)
- อาบังคับFโดยพื้นฐานแล้วคือการผลักหรือดึง แรงถ่ายเทพลังงานระหว่างวัตถุ เช่นเดียวกับความเร็ว แรงมีทั้งขนาดและทิศทาง. มีหน่วยวัดเป็นนิวตัน (N)
- ถ้าแรงเคลื่อนวัตถุไปในทิศทางเดียวกันมันคือการแสดง มันแสดง งาน. ตามคำนิยาม พลังงานหนึ่งหน่วยจำเป็นต่อการทำงานหนึ่งหน่วย เนื่องจากพลังงานและงานถูกกำหนดโดยกันและกัน ทั้งสองจึงมีหน่วยวัดเป็นจูล (J)
- พลังเป็นตัวชี้วัดของ ประเมินค่าที่ มีงานทำหรือใช้พลังงาน is ล่วงเวลา. หน่วยกำลังไฟฟ้ามาตรฐานคือ วัตต์ (W)
สมการกำลังเครื่องกล
เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับงาน มีสองวิธีในการแสดงพลังทางคณิตศาสตร์ ประการแรกในแง่ของงาน Wและเวลา t:
P=\frac{W}{t}
พลังในการเคลื่อนที่เชิงเส้น
หากคุณกำลังจัดการกับการเคลื่อนที่เชิงเส้น คุณสามารถสันนิษฐานได้ว่าแรงใดๆ ที่ใช้จะเคลื่อนที่วัตถุ ไปข้างหน้าหรือข้างหลังตามทางตรงที่สอดคล้องกับแรงกระทำ – คิดถึงรถไฟบน a ติดตาม เนื่องจากองค์ประกอบทิศทางโดยทั่วไปจะดูแลตัวเอง คุณจึงสามารถแสดงพลังในรูปของสูตรง่ายๆ โดยใช้บังคับ, ระยะทาง, และความเร็ว.
ในสถานการณ์เหล่านี้งาน Wสามารถกำหนดเป็นบังคับ F × ระยะทาง d. เสียบเข้ากับสมการพื้นฐานด้านบนแล้วคุณจะได้:
P=\frac{Fd}{t}
สังเกตเห็นสิ่งที่คุ้นเคย? ด้วยการเคลื่อนที่เชิงเส้นระยะทางแบ่งโดยเวลาคือนิยามของความเร็ว (วี) ดังนั้นเราจึงสามารถแสดงพลังเป็น:
P=F\frac{d}{t}=Fv
ตัวอย่างการคำนวณ: การถือซักรีด
โอเค นั่นเป็นคณิตศาสตร์เชิงนามธรรมมากมาย แต่ตอนนี้เรามาลองแก้ปัญหาตัวอย่างกัน:
พ่อแม่ของคุณขอให้คุณนำเสื้อผ้าที่ซัก 10 กิโลกรัมขึ้นไปชั้นบน หากปกติใช้เวลา 30 วินาทีในการขึ้นบันได และบันไดสูง 3 เมตร โดยประมาณ ต้องใช้กำลังเท่าไหร่ในการขนเสื้อผ้าจากด้านล่างของบันไดไป ด้านบน
จากพรอมต์เรารู้ว่าเวลานั้นtจะเป็น 30 วินาที แต่เราไม่มีค่าสำหรับการทำงานW. อย่างไรก็ตาม เราสามารถลดความซับซ้อนของสถานการณ์เพื่อการประมาณค่าได้ แทนที่จะต้องกังวลเกี่ยวกับการเลื่อนผ้าขึ้นและไปข้างหน้าในแต่ละขั้นตอน สมมติว่าคุณเพียงแค่ยกขึ้นเป็นเส้นตรงจากความสูงเริ่มต้น ตอนนี้เราสามารถใช้พี = F × d / tการแสดงออกของพลังงานกล แต่เรายังต้องหาแรงที่เกี่ยวข้อง
ในการที่จะพกผ้าไปนั้น คุณต้องต่อต้านแรงโน้มถ่วงบนผ้า เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นF = มก.ในทิศทางลง คุณต้องใช้แรงเดียวกันนี้ในทิศทางขึ้น สังเกตว่ากคือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกซึ่งมีค่าเท่ากับ 9.8 m/s2. ด้วยเหตุนี้ เราจึงสามารถสร้างเวอร์ชันขยายของสูตรกำลังมาตรฐานได้:
P=mg\frac{d}{t}
และเราสามารถแทนค่ามวล ความเร่ง ระยะทาง และเวลาของเราเข้าไป:
P=(10\ครั้ง 9.8)\frac{3}{30}=9.08\text{ วัตต์}
ดังนั้นคุณจึงต้องใช้พลังงานประมาณ 9.08 วัตต์ในการซักผ้า
หมายเหตุสุดท้ายเกี่ยวกับความซับซ้อน
การสนทนาของเราจำกัดเฉพาะสถานการณ์ที่ค่อนข้างตรงไปตรงมาและคณิตศาสตร์ที่ค่อนข้างง่าย ในฟิสิกส์ขั้นสูง รูปแบบที่ซับซ้อนของสมการกำลังกลอาจต้องใช้แคลคูลัสและ สูตรที่ยาวและซับซ้อนมากขึ้นโดยพิจารณาจากแรงหลายแรง การเคลื่อนที่แบบโค้ง และความซับซ้อนอื่นๆ other ปัจจัย.
หากคุณต้องการข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติม ฐานข้อมูล HyperPhysics โฮสต์โดย Georgia State University เป็นแหล่งข้อมูลที่ยอดเยี่ยม