Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Ενέργεια, Δύναμη, Εργασία και Εξουσία
- Εξίσωση για τη μηχανική ισχύ
- Ισχύς σε γραμμική κίνηση
- Παράδειγμα υπολογισμού: Μεταφορά πλυντηρίου
- Τελική σημείωση σχετικά με την πολυπλοκότητα
Μπορείς να βρεις μηχανική ενέργεια σε χρήση παντού στον σύγχρονο κόσμο. Πήγατε με αυτοκίνητο σήμερα; Χρησιμοποίησε ενέργεια, είτε από καύσιμο είτε από μπαταρία, για να μετακινήσει μια αλληλένδετη σειρά μηχανικών εξαρτημάτων - άξονες, γρανάζια, ιμάντες και ούτω καθεξής - έως ότου τελικά χρησιμοποιήθηκε αυτή η ενέργεια για την περιστροφή των τροχών και για την κίνηση του οχήματος προς τα εμπρός.
Εξουσία στη φυσική είναι ένα μέτρο της τιμή στο οποίο εργασία εκτελείται με την πάροδο του χρόνου. Η λέξη "μηχανική" είναι απλώς περιγραφική. σας λέει ότι η ισχύς συνδέεται με ένα μηχάνημα και την κίνηση των διαφόρων εξαρτημάτων όπως το σύστημα κίνησης ενός αυτοκινήτου ή τα γρανάζια ενός ρολογιού.
Ο τύπος μηχανικής ενέργειας χρησιμοποιεί τους ίδιους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής που χρησιμοποιούνται για άλλες μορφές εξουσίας.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Εξουσία Π ορίζεται ως εργασία W πάνω από χρόνος t σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο. Σημείωση για τις μονάδες: η ισχύς θα πρέπει να είναι σε Watt (W), να λειτουργεί σε joules (J) και σε χρόνο σε δευτερόλεπτα (s) - να ελέγχετε πάντα πριν συνδέσετε τις τιμές σας.
Π = W / t
Η μηχανική ισχύς ακολουθεί τους ίδιους νόμους που διέπουν άλλους τύπους ισχύος, όπως χημικές ή θερμικές. Μηχανική ισχύς είναι απλά η ισχύς που συνδέεται με τα κινούμενα μέρη ενός μηχανικού συστήματος, για παράδειγμα τα γρανάζια, οι τροχοί και οι τροχαλίες μέσα σε ένα ρολόι αντίκες.
Ενέργεια, Δύναμη, Εργασία και Εξουσία
Για να κατανοήσουμε την έκφραση της μηχανικής ενέργειας, είναι χρήσιμο να διατυπώσουμε τέσσερις αλληλένδετους όρους: ενέργεια, δύναμη, εργασία και εξουσία.
Εξίσωση για τη μηχανική ισχύ
Λόγω της σχέσης μεταξύ ενέργειας και εργασίας, υπάρχουν δύο τρόποι για να εκφραστεί η δύναμη μαθηματικά. Το πρώτο είναι από την άποψη του εργασία W και χρόνος t:
Π = W/t
Ισχύς σε γραμμική κίνηση
Αν ασχολείσαι με τη γραμμική κίνηση, μπορείς να υποθέσεις ότι οποιαδήποτε δύναμη που εφαρμόζεται είτε μετακινεί ένα αντικείμενο προς τα εμπρός είτε προς τα πίσω κατά μήκος μίας ευθείας διαδρομής σύμφωνα με τη δράση των δυνάμεων - σκεφτείτε τα τρένα σε μια τροχιά. Επειδή η κατευθυντική συνιστώσα βασικά φροντίζει τον εαυτό της, μπορείτε επίσης να εκφράσετε την εξουσία από την άποψη μιας απλής φόρμουλας που χρησιμοποιεί δύναμη, απόσταση, και ταχύτητα.
Σε αυτές τις περιπτώσεις, εργασία W μπορεί να οριστεί ως δύναμη φά × απόσταση ρε. Συνδέστε το στη βασική εξίσωση παραπάνω και λαμβάνετε:
Π = φά ×d / t
Παρατηρήστε κάτι οικείο; Με γραμμική κίνηση, απόσταση διαιρούμενο με χρόνος είναι ο ορισμός για ταχύτητα (v), ώστε να μπορούμε να εκφράσουμε την εξουσία ως εξής:
Π = φά(ρε/t) = φά × v
Παράδειγμα υπολογισμού: Μεταφορά πλυντηρίου
Εντάξει, αυτό ήταν ένα πολύ αφηρημένο μαθηματικό, αλλά αφήνει να λειτουργήσει τώρα για να λύσει ένα δείγμα πρόβλημα:
Οι γονείς σας σας ζητούν να μεταφέρετε φορτίο 10 κιλών καθαρού ρούχου στον επάνω όροφο. Εάν κανονικά χρειάζεστε 30 δευτερόλεπτα για να ανεβείτε στις σκάλες και οι σκάλες είναι 3 μέτρα ψηλό, υπολογίστε πόση δύναμη θα χρειαστείτε για να μεταφέρετε τα ρούχα από το κάτω μέρος της σκάλας στην κορυφή.
Με βάση την προτροπή, γνωρίζαμε ότι ο χρόνος t θα είναι 30 δευτερόλεπτα, αλλά δεν έχουμε αξία για δουλειά W. Ωστόσο, μπορούμε να απλοποιήσουμε το σενάριο για χάρη της εκτίμησης. Αντί να ανησυχείτε για τη μετακίνηση του ρούχου προς τα επάνω και προς τα εμπρός σε κάθε μεμονωμένο βήμα, ας υποθέσουμε ότι απλά το σηκώνετε σε ευθεία γραμμή από το αρχικό του ύψος. Τώρα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το Π = φά × ρε / t έκφραση της μηχανικής δύναμης, αλλά πρέπει ακόμα να καταλάβουμε τη σχετική δύναμη.
Για να μεταφέρετε τα ρούχα, πρέπει να αντισταθμίζετε τη δύναμη της βαρύτητας. Δεδομένου ότι η δύναμη της βαρύτητας είναι F = mg προς τα κάτω, πρέπει να εφαρμόσετε την ίδια δύναμη προς τα πάνω. Σημειώστε ότι σολ είναι η επιτάχυνση που οφείλεται στη βαρύτητα η οποία στη Γη είναι 9,8 m / s2. Έχοντας αυτό υπόψη, μπορούμε να δημιουργήσουμε μια εκτεταμένη έκδοση του τυπικού τύπου φόρμουλα:
Π = (Μ × σολ) (ρε / t)
Και μπορούμε να συνδέσουμε τις αξίες μας για τη μάζα, την επιτάχυνση, την απόσταση και το χρόνο:
P = (10 kg × 9,8 m / s2) (3 m / 30 s)
Ρ = 9,08 Watt
Έτσι θα πρέπει να δαπανήσει περίπου 9,08 W για να μεταφέρει τα ρούχα.
Τελική σημείωση σχετικά με την πολυπλοκότητα
Η συζήτησή μας περιορίστηκε σε αρκετά απλά σενάρια και σχετικά απλά μαθηματικά. Στην προηγμένη φυσική, οι εξελιγμένες μορφές της εξίσωσης μηχανικής ενέργειας μπορεί να απαιτούν τη χρήση του λογισμικού και μακρύτερες, πιο πολύπλοκες φόρμουλες που λαμβάνουν υπόψη τις πολλαπλές δυνάμεις, την καμπύλη κίνηση και άλλους παράγοντες που περιπλέκουν.
Εάν χρειάζεστε περισσότερες πληροφορίες σε βάθος, η βάση δεδομένων HyperPhysics που φιλοξενείται από το Georgia State University είναι ένας εξαιρετικός πόρος.