Kandungan
- TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)
- Tenaga, Angkatan, Kerja dan Kuasa
- Persamaan untuk Kuasa Mekanikal
- Kuasa dalam Gerakan Linear
- Pengiraan Contoh: Membawa Dobi
- Nota Akhir mengenai Kerumitan
Awak boleh cari kuasa mekanikal digunakan di mana-mana di dunia moden. Adakah anda menaiki kereta hari ini? Ia menggunakan tenaga, sama ada dari bahan bakar atau bateri, untuk menggerakkan siri komponen mekanikal yang saling berkaitan - gandar, gear, ikat pinggang dan sebagainya - sehingga akhirnya tenaga itu digunakan untuk memutar roda dan memindahkan kenderaan ke hadapan.
Kuasa dalam fizik adalah ukuran kadar di mana kerja sedang dilaksanakan dari masa ke masa. Perkataan "mekanik" hanyalah deskriptif; ia memberitahu anda bahawa kuasa dikaitkan dengan mesin dan pergerakan komponen yang berbeza seperti drivetrain kereta atau cogs jam.
Formula kuasa mekanikal menggunakan undang-undang asas fizik yang sama yang digunakan untuk bentuk kuasa lain.
TL; DR (Terlalu Panjang, Tidak Baca)
Kuasa P didefinisikan sebagai kerja W lebih masa t mengikut formula berikut. Perhatikan pada unit: kuasa harus di watt (W), kerja dalam joules (J) dan masa dalam saat (s) - sentiasa menyemak semula sebelum memasukkan nilai anda.
P = W / t
Kuasa mekanikal mengikuti undang-undang yang sama yang mentadbir kuasa jenis lain seperti kimia atau terma. Kuasa mekanikal hanya kuasa yang berkaitan dengan komponen yang bergerak dari sistem mekanikal, contohnya gear, roda dan kendi dalam jam antik.
Tenaga, Angkatan, Kerja dan Kuasa
Untuk memahami ekspresi untuk kuasa mekanikal, sangat berguna untuk meletakkan empat istilah yang saling berkaitan: tenaga, memaksa, kerja dan kuasa.
Persamaan untuk Kuasa Mekanikal
Kerana hubungan antara tenaga dan kerja, terdapat dua cara umum untuk menyatakan kuasa secara matematik. Yang pertama adalah dari segi kerja W dan masa t:
P = W/t
Kuasa dalam Gerakan Linear
Sekiranya anda berurusan dengan gerakan linear anda boleh menganggap bahawa mana-mana daya digunakan sama ada bergerak objek ke hadapan atau ke belakang di sepanjang jalan lurus selaras dengan tindakan pasukan - memikirkan kereta api di trek. Oleh kerana komponen arah pada dasarnya menjaga dirinya sendiri, anda juga boleh menyatakan kuasa dari segi formula mudah menggunakan memaksa, jarak, dan halaju.
Dalam situasi ini, kerja W boleh ditakrifkan sebagai memaksa F × jarak d. Palamkan bahawa ke persamaan asas di atas dan anda dapat:
P = F ×d / t
Perhatikan apa yang biasa? Dengan gerakan linear, jarak dibahagikan dengan masa adalah definisi untuk halaju (v), jadi kami juga boleh menyatakan kuasa sebagai:
P = F(d/t) = F × v
Pengiraan Contoh: Membawa Dobi
OK, itu banyak matematik abstrak, tetapi biarkan ia berfungsi sekarang untuk menyelesaikan masalah sampel:
Ibu bapa anda meminta anda untuk membawa beban 10 kilogram bersih di tingkat atas. Jika biasanya membawa anda 30 saat untuk mendaki tangga, dan tangga 3 meter tinggi, anggarankan berapa kuasa yang anda perlukan untuk membelanjakan untuk membawa pakaian dari bawah tangga ke atas.
Berdasarkan pada prompt, kami mengenali masa itu t akan menjadi 30 saat, tetapi kami tidak mempunyai nilai untuk bekerja W. Walau bagaimanapun, kita dapat menyederhanakan senario demi anggaran. Daripada bimbang tentang mengalihkan pakaian ke atas dan ke depan pada setiap langkah individu, mari kita asumsikan anda hanya menaikkannya dalam garis lurus dari ketinggian permulaannya. Kini kita boleh menggunakan P = F × d / t ungkapan kekuatan mekanikal, tetapi kita masih perlu memikirkan daya yang terlibat.
Untuk membawa cucian, anda mesti mengatasi daya graviti di atasnya. Sejak kuasa graviti adalah F = mg dalam arah ke bawah, anda mesti menggunakan kekuatan yang sama dalam arah ke atas. Perhatikan bahawa g adalah pecutan kerana graviti yang di Bumi adalah 9.8 m / s2. Dengan fikiran ini, kita boleh membuat versi diperkembangkan formula kuasa standard:
P = (m × g) (d / t)
Dan kita boleh memasangkan nilai-nilai kita untuk jisim, pecutan, jarak dan masa:
P = (10 kg × 9.8 m / s2) (3 m / 30 s)
P = 9.08 watt
Jadi anda perlu membelanjakan kira-kira 9.08 watt untuk membawa cucian.
Nota Akhir mengenai Kerumitan
Perbincangan kami telah terhad kepada senario yang agak mudah dan matematik yang agak mudah. Dalam fizik lanjutan, bentuk canggih persamaan kuasa mekanikal mungkin memerlukan penggunaan kalkulus dan rumit yang lebih rumit, yang lebih rumit yang mengambil kira pelbagai daya, pergerakan melengkung dan faktor rumit lain.
Jika anda memerlukan lebih banyak maklumat mendalam, pangkalan data HyperPhysics yang dihoskan oleh Georgia State University adalah sumber yang sangat baik.