Moc mechaniczna Czym jest, zastosowania, przykłady

Moc mechaniczna Jest to rytm, do którego wykonywana jest praca, która jest wyrażona w sposób matematyczny dla ilości pracy wykonanej na jednostkę czasu. A ponieważ praca jest wykonywana kosztem energii pochłanionej, można ją również podnieść jako energię na jednostkę czasu.

Powołanie P zasilić, W pracować, I do energii i T Jednocześnie wszystkie powyższe można podsumować w łatwym do obsługi wyrażeń matematycznych:

Rysunek 1. Gossamer Albatross, „Latający rower”, przekroczył kanał La Mancha pod koniec lat siedemdziesiątych, używając tylko ludzkiej mocy. Źródło: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. Guroadrunner w angielskiej Wikipedii [domena publiczna]

O Cóż:

Jednostki energetyczne w międzynarodowym systemie (SI), który jest systemem jednostek powszechnie przyjętych, są dżul/drugi lub wat, który jest skrócony w. W ten sposób został nazwany na cześć szkockiego inżyniera Jamesa Watta (1736–1819), znanego z stworzenia silnika parowego z skraplaczem, wynalazkiem, który rozpoczął rewolucję przemysłową.

Inne jednostki energetyczne używane w branżach to HP (Konie mechaniczne lub power koń) i CV (koń parowy). Pochodzenie tych jednostek sięga również Jamesa Watta i rewolucji przemysłowej, kiedy wzorzec pomiarowy był rytmem, z którym koń w kierunku pracy.

Zarówno HP, jak i CV są równoważne z około ¾ Kilo-W nadal często używanych, szczególnie w inżynierii mechanicznej, na przykład w oznaczeniu silników.

Watt mnożniki, podobnie jak wspomniany kilo-w = 1000 W, są również często stosowane w elektryczności. Jest tak, ponieważ Joule jest stosunkowo niewielką jednostką energii. System brytyjski używa libra-pies/sekunda.

[TOC]

Jakie są zastosowania branżowe i energetyczne

Koncepcja mocy ma zastosowanie do wszystkich rodzajów energii, zarówno mechanicznych, elektrycznych, chemicznych, wiatru, sononicznego, czy dowolnego rodzaju. Czas jest bardzo ważny w branży, ponieważ procesy muszą być wykonywane tak szybko, jak to możliwe.

Każdy silnik wykona niezbędną pracę, aby mieć wystarczająco dużo czasu, ale ważne jest to, aby zrobić to w możliwie najkrótszym czasie, zwiększyć wydajność.

Bardzo prosta aplikacja została natychmiast opisana w celu wyjaśnienia rozróżnienia między pracą a zasilaniem.

Załóżmy, że ciężki obiekt jest wstrzymany przez linę. Aby to zrobić, wymagany jest agent zewnętrzny, który wykonuje niezbędną pracę. Powiedzmy, że ten agent przekazuje 90 J energii do systemu obiektu, tak że jest on w ruchu przez 10 sekund.

Może ci służyć: fala krzyżowa

W takim przypadku szybkość transferu energii wynosi 90 J/10 s lub 9 J/s. Następnie możemy potwierdzić, że ten agent, osoba lub silnik ma moc wyjściową 9 W.

Jeśli inny agent zewnętrzny jest w stanie osiągnąć to samo przesunięcie, albo w krótszym czasie lub przenoszenie mniej energii, jest w stanie rozwinąć większą moc.

Kolejny przykład: Załóżmy, że transfer energii 90 J, który udaje się przenieść system przez 4 sekundy. Moc wyjściowa wyniesie 22.5 w.

Wydajność maszyny

Moc jest ściśle związana z wydajnością. Energia dostarczana do maszyny nigdy nie jest całkowicie przekształcana w użyteczną pracę. Ważna część jest zwykle rozpraszana w cieple, co zależy od wielu czynników, na przykład projektowania maszyny.

Dlatego ważne jest, aby znać wydajność maszyn, które są zdefiniowane jako stosunek między dostarczoną pracą a dostarczoną energią:

η = praca dostarczana przez dostarczoną maszynę/energię

Gdzie greckie teksty η Oznacza wydajność, dodatkową kwotę, która jest zawsze mniejsza niż 1. Jeśli również pomnożisz się przez 100, masz wydajność w punktach procentowych.

Przykłady

- Ludzie i zwierzęta rozwijają moc podczas lokomocji. Na przykład, gdy wspinaj się po schodach, należy pracować przeciwko grawitacji. Porównanie dwóch osób wchodzących po drabinie, która najpierw idzie wszystkie kroki, rozwinę się więcej mocy niż drugie, ale obie wykonały tę samą robotę.

- Urządzenia i maszyny są określone ich moc wyjściowa. Odpowiednia żarówka żarowa do oświetlania pomieszczenia ma moc 100 W. Oznacza to, że żarówka przekształca energię elektryczną w światło i ciepło (większość) z prędkością 100 J/s.

- Silnik przycinania trawy może spożywać około 250 W, a silnik samochodu jest w kolejności 70 kW.

- Domowa pompa wodna dostarcza zwykle 0.5 HP.

- Słońce generuje 3.6 x 10 ²⁶ W Power.

Moc i prędkość

Natychmiastowa moc uzyskuje się, poświęcając nieskończenie małego: P = DW/dt. Siła wytwarzana przez pracę sprawną małego nieskończenie małego przemieszczenia DX Jest F (oba są wektorami), dlatego DW = F ● DX. Zastępowanie wszystkiego w wyrażeniu mocy pozostaje:

Może ci służyć: siła odśrodkowa: formuły, jak jest obliczane, przykłady, ćwiczenia

Dlatego moc może być również wyrażona jako produkt skalarny między siłą a prędkością.

Ludzka moc

Ludzie są w stanie generować moce około 1500 W lub 2 koni mechanicznych, przynajmniej przez krótki czas, takie jak ważenie ciężarów.

Średnio codzienna moc wyjściowa (8 godzin) wynosi 0.1 HP na osobę. Z których wiele przekłada się na ciepło, mniej więcej taką samą ilość generowaną przez żarową żarówkę 75 W.

Sportowiec na trening może wygenerować średnio 0.5 KM równoważny około 350 J/s, przekształcając energię chemiczną (glukozę i tłuszcz) w energię mechaniczną.

Rysunek 2. Sportowiec rozwija średnią moc 2 KM. Źródło: Pixabay.

Jeśli chodzi o ludzką moc, zwykle jest to preferowane. Niezbędna równoważność to:

1 kilokaloria = 1 kalorie odżywcze = 4186 J

Moc 0.5 HP brzmi jak bardzo niewielka ilość i dotyczy wielu aplikacji.

Jednak w 1979 r. Utworzono rower napędzany przez ludzi. Paul MacCready zaprojektował Gossamer Albatross, który przekroczył kanał La Mancha, generując 190 W średniej wydajności (ryc. 1).

Rozkład energii elektrycznej

Ważną aplikacją jest dystrybucja energii elektrycznej wśród użytkowników. Firmy, które dostarczają rachunek za energię zużytą energię, a nie stawkę, z jaką jest spożywana. Dlatego ci, którzy uważnie przeczytają rachunek, znajdą bardzo konkretną jednostkę: Kilowatt-Hora lub KW-H.

Jednak gdy nazwa WATT jest zawarta w tej jednostce, odnosi się do energii, a nie mocy.

Kilowatt-hora służy do wskazania zużycia energii elektrycznej, ponieważ dżul, jak wspomniano wcześniej, jest dość małą jednostką: 1 wat-hora lub w-h Jest to praca wykonana w ciągu 1 godziny przez moc 1 wat.

Dlatego 1 kW-h Jest to praca wykonywana w ciągu godziny pracy z mocą 1 kW lub 1000 W. Umieśćmy liczby, aby przekazali te kwoty dżuli:

1 W-H = 1 W x 3600 s = 3600 J

1 kW-H = 1000 W x 3600 s = 3.6 x 10 ⁶ J

Szacuje się, że w domu około 200 kW-hora można spożywać miesięcznie.

Może ci służyć: presja bezwzględna: wzór, sposób obliczania, przykłady, ćwiczenia

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rolnik używa ciągnika do pociągnięcia siana Paca o M = 150 kg na płaszczyźnie nachylonej 15 ° i zabrać go do stodoły, przy stałej prędkości 5.0 km / h. Współczynnik tarcia kinetycznego między siano Fardo a rampą wynosi 0.Cztery pięć. Znajdź moc wyjściową ciągnika.

Rozwiązanie

W przypadku tego problemu konieczne jest narysowanie swobodnego schematu dla siana Fardo, który idzie na pochyłej płaszczyźnie. Być F Siła, która nakłada ciągnik do wspinania się na bundo, α = 15º jest kątem nachylenia.

Ponadto zaangażowana jest kinetyczna siła tarcia F_dotykać To sprzeciwia się ruchowi plus normalne N i waga W (Nie myl W wagi z pracą).

Rysunek 3. Heo fardo izolowany schemat ciała. Źródło: f. Zapata.

Drugie prawo Newtona oferuje następujące równania:

∑ fx = f -w_X -F_dotykać = 0 (Ponieważ Bundo unosi się ze stałą prędkością)

∑fy = n - w_I = 0 (Nie ma ruchu wzdłuż osi x)

Tarcie kinetyczne jest obliczane przez:

F_dotykać = Współczynnik tarcia kinetycznego x wielkość normy

F_dotykać = 0.Cztery pięć . WY = 0.45 x 150 kg x9.8 m/s2 x cos 15º = 639 n

F = w_X + F_dotykać = M.G. sin α = 150 kg. 9.8 m/s² . sin 15 º + 639 n =  1019.42 n

Dlatego prędkość i siła mają ten sam kierunek i znaczenie:

P = F ● v = F. v

Wymagane jest przekształcenie jednostek prędkości:

v = 5.0 km/ h = 1.39 m/ s

Zastępując wartości, w końcu dostajesz:

P = 1019.42 N x 1.39 m/ s = 1417 w = 1.4 kW

Ćwiczenie 2

Silnik pokazany na rysunku prześle blok 2 kg, zaczynając od spoczynku, z przyspieszeniem 2 m/s² i w ciągu 2 sekund.

Rysunek 4. Silnik podnosi obiekt na określoną wysokość, dla której należy wykonywać pracę i rozwijać moc. Źródło: f. Zapata.

Oblicz:

a) Wysokość osiągnięta przez blok w tym czasie.

b) moc, którą silnik musi rozwinąć, aby go osiągnąć.

Rozwiązanie

a) Jest to jednolicie zróżnicowany ruch prostoliniowy, dlatego zostaną użyte odpowiednie równania, z prędkością początkową 0. Osiągnięta wysokość jest podana przez:

y = ½ w² = ½ . 2 m/s² . (2 s)² = 4 m.

b) Aby znaleźć moc opracowaną przez silnik, można zastosować równanie:

P = δW/δT

A ponieważ siła wywierana na blok jest przez napięcie w linie, która jest stała w wielkości:

P = (MA).i/δT = 2 kg x 2 m/s² x 4 m / 2 s = 8 w

Bibliografia

1. Figueroa, zm. (2005). Seria: Fizyka nauk i inżynierii. Głośność 2. Dynamiczny. Pod redakcją Douglas Figueroa (USB).
2. Knight, r.  2017. Fizyka dla naukowców i inżynierii: podejście strategiczne.  osoba.
3. Fizyka librettexts. Moc. Odzyskane z: Phys.Librettexts.org
4. Książka hipertekstu fizyki. Moc. Odzyskane z: fizyka.Informacje.
5. Praca, energia i moc. Odzyskane z: NCERT.Nic.W