Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Енергия, сила, работа и сила
- Уравнение за механична мощност
- Мощност при линейно движение
- Примерно изчисление: Носене на пране
- Заключителна бележка за сложността
Можете да намерите механична мощност в употреба навсякъде в съвременния свят. Днес карахте с кола? Той използва енергия, било от гориво, или от акумулатор, за да придвижи взаимосвързана серия от механични компоненти - оси, зъбни колела, колани и т.н. - докато накрая тази енергия не се използва за завъртане на колелата и придвижване на автомобила напред.
мощност във физиката е мярка за скорост при което работа се изпълнява във времето. Думата "механичен" е само описателна; тя ви казва, че мощността е свързана с машина и движението на различни компоненти, като задвижването на автомобила или зъбците на часовник.
Формулата за механична мощност използва същите основни закони на физиката, които се използват за други форми на сила.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
мощност P се дефинира като работа W над път т съгласно следната формула. Забележка за единиците: мощността трябва да бъде във ватове (W), работа в джаули (J) и време в секунди (и) - винаги проверете два пъти, преди да включите вашите стойности.
P = W / т
Механичната мощност следва същите закони, които управляват други видове енергия, като химическа или топлинна. Механична мощност е просто мощност, свързана с подвижните компоненти на механична система, например зъбни колела, колела и шайби вътре в античен часовник.
Енергия, сила, работа и сила
За да има смисъл от израза за механична сила, е полезно да се очертаят четири взаимосвързани термина: енергия, сила, работа и мощност.
Уравнение за механична мощност
Поради връзката между енергия и работа, има два общи начина за изразяване на властта математически. Първият е от гледна точка на работа W и път т:
P = W/т
Мощност при линейно движение
Ако се занимавате с линейно движение, можете да приемете, че всяка приложена сила или движи обект напред или назад по права пътека в съответствие с действието на силите - помислете за влакове на коловоза. Тъй като основният компонент по принцип се грижи за себе си, можете също така да изразявате мощността по отношение на проста формула, като използвате сила, разстояние, и скорост.
В тези ситуации, работа W може да се определи като сила F × разстояние д, Включете го към основното уравнение по-горе и ще получите:
P = F ×г / т
Забелязвате нещо познато? С линейно движение, разстояние разделена на път е определението за скорост (V), така че можем да изразим и властта като:
P = F(д/т) = F × V
Примерно изчисление: Носене на пране
Добре, това беше много абстрактна математика, но нека да работи сега за решаване на примерен проблем:
Родителите ви молят да носите багаж от 10 килограма чисто пране горе. Ако обикновено ви отнема 30 секунди, за да се изкачите по стълбите, а стълбите са високи 3 метра, преценете колко енергия ще ви е необходима, за да пренесете дрехите от дъното на стълбището до върха.
Въз основа на подкана, ние знаехме това време т ще бъде 30 секунди, но нямаме стойност за работа W, Въпреки това можем да опростим сценария с цел оценка. Вместо да се притеснявате от преместването на прането нагоре и напред при всяка отделна стъпка, нека предположим, че просто го повдигате в права линия от началната му височина. Сега можем да използваме P = F × д / т израз на механична сила, но все пак трябва да разберем участващата сила.
За да носите прането, трябва да противодействате на силата на гравитация върху него. Тъй като силата на гравитацията е F = mg в посока надолу, трябва да приложите същата сила в посока нагоре. Отбележи, че г е ускорението поради гравитацията, което на Земята е 9,8 m / s2, Имайки това предвид, можем да създадем разширена версия на стандартната формула за мощност:
P = (m × г) (д / т)
И можем да включим нашите стойности за маса, ускорение, разстояние и време:
P = (10 кг × 9,8 м / сек2) (3 m / 30 s)
P = 9,08 вата
Така че ще трябва да харчите около 9,08 вата, за да носите прането.
Заключителна бележка за сложността
Нашата дискусия се ограничава до сравнително прости сценарии и сравнително проста математика. В напредналата физика сложните форми на механичното уравнение на мощността могат да изискват използването на смятане и по-дълги, по-сложни формули, които отчитат множество сили, извито движение и други усложняващи фактори.
Ако имате нужда от повече подробна информация, базата данни на HyperPhysics, хоствана от Джорджия, е отличен ресурс.