Ти можеш знайти механічна потужністьвикористовується у всьому світі в сучасному світі. Ви сьогодні їхали на машині? Він використовував енергію палива або акумулятора для переміщення взаємопов’язаних серій механічних компонентів - осі, шестерні, ремені тощо - поки, нарешті, ця енергія не була використана для обертання коліс та руху транспортного засобу вперед.
Потужністьу фізиці є міроюставкапри якій роботавиконується з часом. Слово "механічний" має лише описовий характер; це говорить вам, що потужність пов’язана з машиною та рухом різних компонентів, таких як трансмісія автомобіля або гвинтики годинника.
Формула механічної сили використовує ті самі основні закони фізики, що використовуються для інших форм влади.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
ПотужністьP визначається як роботаWбільшечастза наступною формулою. Примітка щодо одиниць вимірювання: потужність повинна бути у ватах (Вт), робота в джоулях (Дж) і час у секундах (с) - завжди переглядайте перед підключенням своїх значень.
Механічна потужність дотримується тих самих законів, що регулюють інші типи потужності, такі як хімічна або теплова.
Енергія, сила, робота і сила
Щоб зрозуміти вираз для механічної сили, корисно викласти чотири взаємопов’язані терміни:енергія, сили, роботаіпотужність.
- енергіяЕоб'єкт містить - міра того, скільки роботи він може виконати; іншими словами, скільки руху він може створити. Вимірюється в джоулях (J).
- AсилиFпо суті, це поштовх чи тяга. Сили передають енергію між об’єктами. Як і швидкість, сила має і те, і іншевеличиниінапрямку. Вимірюється в ньютонах (N).
- Якщо сила рухає предметв тому ж напрямкуце акторство, воно виступає робота. За визначенням, для виконання однієї одиниці роботи потрібна одна одиниця енергії. Оскільки енергія і робота визначаються в термінах один одного, вони обидва вимірюються в джоулях (J).
- Потужністьє мірою ставкапри якій робота виконуєтьсяабовикористовується енергія через деякий час. Стандартна одиниця потужності - Вт (Вт).
Рівняння для механічної потужності
Через взаємозв’язок між енергією та роботою існує два загальних способи математичного вираження сили. Перший - з точки зоруробота Wічас т:
P = \ frac {W} {t}
Потужність у лінійному русі
Якщо ви маєте справу з лінійним рухом, ви можете припустити, що будь-яка сила, що застосовується, або рухає об'єкт вперед або назад по прямій трасі, що відповідає дії сили - подумайте про поїзди на a доріжка. Оскільки напрямний компонент в основному піклується про себе, ви також можете виразити силу за допомогою простої формули, використовуючисили, відстань, ішвидкість.
У цих ситуаціяхробота Wможна визначити яксили F × відстань d. Підключіть це до основного рівняння вище, і ви отримаєте:
P = \ frac {Fd} {t}
Помітили щось знайоме? При лінійному русівідстаньділиться начас- це визначення дляшвидкість (v), тому ми також можемо виразити силу як:
P = F \ frac {d} {t} = Fv
Приклад розрахунку: Перенесення білизни
Добре, це було багато абстрактної математики, але давайте введемо її в роботу, щоб вирішити зразок проблеми:
Батьки просять вас нести 10 кілограмів вантажу чистої білизни наверх. Якщо зазвичай вам потрібно 30 секунд, щоб піднятися сходами, а сходи заввишки 3 метри, підрахуйте скільки енергії вам потрібно буде витратити, щоб перенести одяг з нижньої частини сходів до зверху.
Виходячи з підказки, ми знали той частбуде 30 секунд, але ми не маємо значення для роботиW. Однак ми можемо спростити сценарій заради оцінки. Замість того, щоб турбуватися про переміщення білизни вгору та вперед на кожному окремому кроці, припустимо, що ви просто піднімаєте його прямолінійно з початкової висоти. Тепер ми можемо використовуватиP = F × d / твираження механічної сили, але нам все одно потрібно з'ясувати, яка сила задіяна.
Для того, щоб нести білизну, ви повинні протидіяти силі тяжіння на ній. Оскільки сила тяжіння дорівнюєF = мгу напрямку вниз, ви повинні застосовувати ту саму силу в напрямку вгору. Зауважте, щоg- це прискорення завдяки силі тяжіння, яке на Землі становить 9,8 м / с2. З огляду на це, ми можемо створити розширену версію стандартної формули потужності:
P = mg \ frac {d} {t}
І ми можемо підключити наші значення маси, прискорення, відстані та часу:
P = (10 \ раз 9,8) \ frac {3} {30} = 9,08 \ text {ват}
Отже, для перенесення білизни потрібно витратити близько 9,08 Вт.
Заключна примітка про складність
Наше обговорення обмежилося досить простими сценаріями та відносно простою математикою. У передовій фізиці для складних форм рівняння механічної потужності може знадобитися використання числення і довші, складніші формули, що враховують численні сили, криволінійний рух та інші ускладнення фактори.
Якщо вам потрібна більш детальна інформація, База даних HyperPhysics розміщений в штаті Джорджія, є чудовим ресурсом.