Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Энергия, Сила, Работа и Власть
- Уравнение для механической силы
- Сила в линейном движении
- Пример расчета: перенос белья
- Заключительная записка о сложности
Ты можешь найти механическая сила используется повсеместно в современном мире. Вы ездили на машине сегодня? Он использовал энергию, либо от топлива, либо от батареи, для перемещения взаимосвязанных механических компонентов - осей, зубчатых колес, ремней и т. Д. - пока, наконец, эта энергия не использовалась для вращения колес и движения автомобиля вперед.
Сила в физике является мерой ставка в котором работай выполняется со временем. Слово «механический» является просто описательным; он говорит вам, что мощность связана с машиной и движением различных компонентов, таких как трансмиссия автомобиля или шестеренки часов.
Формула механической мощности использует те же фундаментальные законы физики, которые используются для других форм власти.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Сила п определяется как работай W над время T согласно следующей формуле. Примечание по единицам: мощность должна быть в ваттах (Вт), работать в джоулях (Дж) и времени в секундах (с) - всегда перепроверяйте перед вводом ваших значений.
п = W / T
Механическая сила подчиняется тем же законам, которые управляют другими типами энергии, такими как химическая или тепловая. Механическая сила это просто мощность, связанная с движущимися компонентами механической системы, например шестернями, колесами и шкивами внутри старинных часов.
Энергия, Сила, Работа и Власть
Чтобы разобраться в выражении механической силы, полезно выделить четыре взаимосвязанных термина: энергия, сила, работай а также сила.
Уравнение для механической силы
Из-за взаимосвязи между энергией и работой существует два распространенных способа математического выражения власти. Первый с точки зрения работай W а также время T:
п = W/T
Сила в линейном движении
Если вы имеете дело с линейным движением, вы можете предположить, что любая приложенная сила перемещает объект вперед или назад по прямой траектории в соответствии с действием сил - подумайте о поездах на пути. Поскольку направленный компонент в основном заботится о себе, вы также можете выразить силу в виде простой формулы, используя сила, расстояние, а также скорость.
В этих ситуациях работай W можно определить как сила F × расстояние d, Подключите это к основному уравнению выше, и вы получите:
п = F ×д / т
Заметили что-нибудь знакомое? С линейным движением, расстояние деленное на время это определение для скорость (v), поэтому мы также можем выразить силу как:
п = F(d/T) = F × v
Пример расчета: перенос белья
Хорошо, это было много абстрактной математики, но теперь давайте попробуем решить эту проблему:
Твои родители просят тебя нести груз 10 кг чистого белья наверх. Если для подъема по лестнице обычно требуется 30 секунд, а высота лестницы составляет 3 метра, подсчитайте, сколько энергии вам потребуется для переноса одежды от нижней части лестницы к вершине.
Исходя из подсказки, мы знаем, что время T будет 30 секунд, но у нас нет значения для работы W, Однако мы можем упростить сценарий ради оценки. Вместо того, чтобы беспокоиться о перемещении белья вверх и вперед на каждом отдельном шаге, давайте предположим, что вы просто поднимаете его по прямой линии от его начальной высоты. Теперь мы можем использовать п = F × d / T Выражение механической силы, но мы все еще должны выяснить, задействованную силу.
Для того, чтобы нести белье, вы должны противодействовать силе тяжести на нем. Поскольку сила тяжести F = мг в направлении вниз, вы должны применить ту же самую силу в направлении вверх. Обратите внимание, что грамм ускорение силы тяжести, которое на Земле составляет 9,8 м / с2, Имея это в виду, мы можем создать расширенную версию стандартной формулы мощности:
п = (м × грамм) (d / T)
И мы можем включить наши значения для массы, ускорения, расстояния и времени:
P = (10 кг × 9,8 м / с2) (3 м / 30 с)
P = 9,08 Вт
Таким образом, вам придется потратить около 9,08 Вт на стирку белья.
Заключительная записка о сложности
Наша дискуссия была ограничена довольно простыми сценариями и относительно простой математикой. В продвинутой физике сложные формы уравнения механической мощности могут потребовать использования исчисления и более длинных, более сложных формул, которые учитывают множественные силы, искривленное движение и другие усложняющие факторы.
Если вам нужна более подробная информация, база данных HyperPhysics, размещенная в Университете штата Джорджия, является отличным ресурсом.