Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Енергія, сила, робота та влада
- Рівняння механічної потужності
- Потужність в лінійному русі
- Приклад розрахунку: перевезення білизни
- Заключна примітка про складність
Ви можете знайти механічна потужність у використанні скрізь у сучасному світі. Ви сьогодні їхали на машині? Він використовував енергію, як від палива, так і від акумулятора, для переміщення взаємопов'язаної серії механічних компонентів - мостів, шестерень, ременів тощо - поки, нарешті, ця енергія не була використана для кручення коліс і переміщення транспортного засобу вперед.
Потужність у фізиці - це міра рівня ставка при якій робота виконується з часом. Слово "механічний" є лише описовим; це говорить вам про те, що потужність пов'язана з машиною і рухом різних компонентів, як привід автомобіля або гвинтики годинника.
Формула механічної сили використовує ті самі основні закони фізики, які використовуються для інших форм сили.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Потужність П визначається як робота W над час т за наступною формулою. Зверніть увагу на одиниці: потужність повинна бути у ватах (Вт), робота в джоулях (J), а час у секундах - завжди двічі перевіряйте, перш ніж підключати свої значення.
П = W / т
Механічна потужність дотримується тих же законів, що регулюють інші види енергії, такі як хімічна або теплова. Механічна потужність це просто потужність, пов'язана з рухомими компонентами механічної системи, наприклад, шестернями, колесами і шківами всередині антикварного годинника.
Енергія, сила, робота та влада
Щоб зрозуміти вираз механічної потужності, корисно викласти чотири взаємопов’язані терміни: енергія, сила, робота і потужність.
Рівняння механічної потужності
Через зв’язок між енергією та роботою існують два загальних способу вираження сили математично. Перший - з точки зору робота W і час т:
П = W/т
Потужність в 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 прямому шляху відповідно до дії сил - подумайте про поїзди на колії. Оскільки компонент спрямованості в основному забезпечує себе, ви також можете висловити потужність за допомогою простої формули, використовуючи сила, відстань, і швидкість.
У цих ситуаціях робота W можна визначити як сила Ж × відстань г. Підключіть до основного рівняння вище, і ви отримаєте:
П = Ж ×д / т
Помічаєте щось знайоме? При лінійному русі відстань ділиться на час є визначенням для швидкість (v), тому ми можемо також виразити владу як:
П = Ж(г/т) = Ж × v
Приклад розрахунку: перевезення білизни
Гаразд, це було багато абстрактної математики, але давайте працюємо над вирішенням вибіркової проблеми:
Ваші батьки просять перевезти наверх 10-кілограмовий вантаж чистої білизни. Якщо для підйому сходів зазвичай потрібно 30 секунд, а сходи висотою 3 метри, підрахуйте, скільки енергії потрібно буде витратити, щоб перенести одяг від нижньої частини сходи до верху.
Виходячи із підказки, ми знали той час т буде 30 секунд, але ми не маємо значення для роботи W. Однак ми можемо спростити сценарій заради оцінки. Замість того, щоб турбуватися про переміщення білизни вгору і вперед на кожному окремому кроці, припустимо, що ви просто піднімаєте її по прямій лінії від її стартової висоти. Тепер ми можемо використовувати П = Ж × г / т вираження механічної сили, але нам ще потрібно розібратися в силі.
Щоб перевезти білизну, потрібно протидіяти силі тяжіння на неї. Оскільки сила тяжіння є F = мг у напрямку донизу ви повинні застосувати цю саму силу у напрямку вгору. Зауважте, що г - це прискорення за рахунок сили тяжіння, яке на Землі становить 9,8 м / с2. Зважаючи на це, ми можемо створити розширену версію стандартної формули потужності:
П = (м × г) (г / т)
І ми можемо підключити наші значення для маси, прискорення, відстані та часу:
Р = (10 кг × 9,8 м / с2) (3 м / 30 с)
P = 9,08 Вт
Тому для прання білизни потрібно витратити близько 9,08 Вт.
Заключна примітка про складність
Наша дискусія була обмежена досить простими сценаріями та відносно простою математикою. У передовій фізиці складні форми рівняння механічної потужності можуть вимагати використання обчислення та більш довгих, більш складних формул, що враховують багаторазові сили, вигнутість руху та інші ускладнюючі фактори.
Якщо вам потрібна більш детальна інформація, база даних HyperPhysics, розміщена в університеті штату Джорджія, є чудовим ресурсом.