Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Energia, jõud, töö ja jõud
- Mehaanilise jõu võrrand
- Võimsus lineaarses liikumises
- Kalkulatsiooni näide: pesu kaasas kandmine
- Viimane märkus keerukuse kohta
Leiad mehaaniline jõud kasutusel kõikjal kaasaegses maailmas. Kas sa sõitsid täna autoga? See kasutas energiat kas kütusest või akust, et liikuda omavahel ühendatud mehaaniliste osade - telgede, hammasrataste, vööde ja nii edasi - seeria liigutamiseni, kuni lõpuks kasutati seda energiat rataste keerutamiseks ja sõiduki edasiliikumiseks.
Jõudu füüsikas on mõõdupuu määra mille ajal töö teostatakse aja jooksul. Sõna “mehaaniline” on üksnes kirjeldav; see ütleb teile, et võimsus on seotud masinaga ja erinevate komponentide liikumisega, näiteks auto ajam või kella hammasrattad.
Mehaanilise võimsuse valemis kasutatakse samu füüsika põhiseadusi, mida kasutatakse ka muude energiavormide jaoks.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Jõudu Lk on määratletud kui töö W üle aeg t järgmise valemi järgi. Märkus ühikute kohta: võimsus peaks olema vattides (W), töö džaulides (J) ja aeg sekundites (sekundites) - enne väärtuste ühendamist kontrollige alati üle.
Lk = W / t
Mehaaniline võimsus järgib samu seadusi, mis reguleerivad muud tüüpi energiat, näiteks keemilist või termilist. Mehaaniline jõud on lihtsalt mehaanilise süsteemi liikuvate komponentidega seotud jõud, näiteks antiikkellas olevad käigud, rattad ja rihmarattad.
Energia, jõud, töö ja jõud
Mehaanilise jõu väljenduse mõistmiseks on abiks neli omavahel seotud terminit: energia, jõud, töö ja vägi.
Mehaanilise jõu võrrand
Energia ja töö seose tõttu on võimu matemaatiliseks väljendamiseks kaks levinumat viisi. Esimene neist on töö W ja aeg t:
Lk = W/t
Võimsus lineaarses liikumises
Kui tegelete lineaarse liikumisega, võite eeldada, et rakendatud jõud liigutab eset edasi või tagasi mööda sirget rada vastavalt jõudude tegevusele - mõelge rongidele rööbasteel. Kuna suunakomponent hoolitseb põhimõtteliselt iseenda eest, saate võimsust väljendada ka lihtsa valemi abil jõud, kaugusja kiirus.
Nendes olukordades töö W võib määratleda kui jõud F × kaugus d. Ühendage see ülaltoodud põhivõrrandiga ja saate:
Lk = F ×d / t
Kas märkate midagi tuttavat? Lineaarse liikumisega kaugus jagatuna aeg on määratlus kiirus (v), nii et võime võimu väljendada ka järgmiselt:
Lk = F(d/t) = F × v
Kalkulatsiooni näide: pesu kaasas kandmine
OK, see oli palju abstraktset matemaatikat, kuid laseme selle nüüd prooviprobleemi lahendamiseks tööle panna:
Teie vanemad paluvad teil ülakorrusel kanda 10-kilost koormat puhast pesu. Kui trepist üles ronimiseks kulub tavaliselt 30 sekundit ja trepid on 3 meetri kõrgused, siis hinnake, kui palju energiat peate kulutama riiete kandmiseks trepi põhjast üles.
Kiire põhjal teadsime seda aega t on 30 sekundit, kuid meil pole töö jaoks väärtust W. Hindamise huvides võime stsenaariumi siiski lihtsustada. Selle asemel, et muretseda pesu igal sammul üles ja ette liigutades, eeldame, et tõstate seda lihtsalt sirgjoonel algkõrgusest. Nüüd saame kasutada Lk = F × d / t mehaanilise jõu väljendus, kuid ikkagi peame välja mõtlema sellega kaasneva jõu.
Pesu kaasaskandmiseks peate toimima sellele mõjuva raskusjõu vastu. Kuna raskusjõud on F = mg allapoole, peate rakendama sama jõudu ülespoole. Pange tähele g on gravitatsioonist tulenev kiirendus, mis Maal on 9,8 m / s2. Seda silmas pidades saame luua tavalise toitevalemi laiendatud versiooni:
Lk = (m × g) (d / t)
Ja me saame ühendada oma väärtused massi, kiirenduse, vahemaa ja aja kohta:
P = (10 kg × 9,8 m / s2) (3 m / 30 s)
P = 9,08 vatti
Seega peate pesu vedamiseks kulutama umbes 9,08 vatti.
Viimane märkus keerukuse kohta
Meie arutelu on piirdunud üsna sirgjooneliste stsenaariumide ja suhteliselt lihtsa matemaatikaga. Arenenud füüsikas võivad mehaanilise võimsuse võrrandi keerukamad vormid nõuda arvutusmeetodi kasutamist ja pikemaid, keerukamaid valemeid, mis võtavad arvesse mitut jõudu, kõverdatud liikumist ja muid keerulisi tegureid.
Kui vajate põhjalikumat teavet, on hüperPhysicsi andmebaas, mida haldab Georgia Riiklik ülikool, suurepärane ressurss.