Kuasa mekanikal apa, aplikasi, contoh

The Kuasa mekanikal Ini adalah irama yang dilakukan oleh kerja, yang dinyatakan dengan cara matematik untuk jumlah kerja yang dilakukan setiap unit. Dan kerana kerja itu dilakukan dengan mengorbankan tenaga yang diserap, ia juga boleh dinaikkan sebagai tenaga seunit masa.

Memanggil P kuasa, W bekerja, Dan kepada tenaga dan t Pada masa yang sama, semua perkara di atas dapat diringkaskan dengan mudah mengendalikan ekspresi matematik:

Rajah 1. Gossamer Albatross, "Basikal Terbang," menyeberangi saluran La Mancha pada akhir 1970 -an, hanya menggunakan kuasa manusia. Sumber: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. GuroadRunner di Bahasa Inggeris Wikipedia [Domain Awam]

Wahai:

Unit Kuasa dalam Sistem Antarabangsa (SI), yang merupakan sistem unit yang diterima pakai secara universal, adalah Joule/Second atau Watt, yang disingkat w. Oleh itu, dinamakan sebagai penghormatan kepada jurutera Scotland James Watt (1736-1819), yang terkenal kerana telah mencipta enjin stim dengan kondensor, ciptaan yang memulakan revolusi perindustrian.

Unit kuasa lain yang digunakan dalam industri adalah HP (Kuasa kuda atau kuda kuasa) dan CV (kuda stim). Asal -usul unit -unit ini juga bermula dari James Watt dan Revolusi Perindustrian, ketika corak pengukuran adalah irama yang mana kuda menuju kerja.

Kedua-dua HP dan CV bersamaan dengan kira-kira ¾ kilo-w masih banyak digunakan, terutamanya dalam kejuruteraan mekanikal, contohnya dalam penetapan enjin.

Gandaan watt, seperti kilo-w = 1000 w yang disebutkan di atas juga sering digunakan dalam elektrik. Ini kerana joule adalah unit tenaga yang agak kecil. Sistem British menggunakan libra-pie/kedua.

[TOC]

Apakah aplikasi industri dan tenaga

Konsep Kuasa boleh digunakan untuk semua jenis tenaga, sama ada mekanikal, elektrik, kimia, angin, sonon atau apa -apa jenis. Masa sangat penting dalam industri, kerana proses mesti dilaksanakan secepat mungkin.

Mana -mana enjin akan melakukan kerja yang diperlukan untuk mempunyai masa yang cukup, tetapi yang penting adalah melakukannya dalam masa yang sesingkat mungkin, untuk meningkatkan kecekapan.

Permohonan yang sangat mudah diterangkan dengan segera untuk menjelaskan perbezaan antara kerja dan kuasa dengan baik.

Katakan objek berat dihentikan oleh tali. Untuk berbuat demikian, ejen luaran yang diperlukan kerja yang diperlukan. Katakan ejen ini memindahkan 90 j tenaga ke sistem objek-badan, sehingga ia ditetapkan dalam gerakan selama 10 saat.

Boleh melayani anda: gelombang salib

Dalam kes ini, kadar pemindahan tenaga ialah 90 J/10 s atau 9 J/s. Kemudian kita dapat mengesahkan bahawa ejen ini, seseorang atau enjin mempunyai kuasa output 9 w.

Sekiranya ejen luaran yang lain dapat mencapai anjakan yang sama, sama ada dalam masa yang kurang atau memindahkan tenaga yang kurang, maka ia dapat mengembangkan kekuatan yang lebih besar.

Contoh lain: Katakan pemindahan tenaga 90 j, yang berjaya menggerakkan sistem selama 4 saat. Kekuatan output akan menjadi 22.5 w.

Prestasi mesin

Kuasa berkait rapat dengan prestasi. Tenaga yang dibekalkan ke mesin tidak pernah berubah sepenuhnya menjadi kerja yang berguna. Bahagian penting biasanya hilang dalam haba, yang bergantung kepada banyak faktor, contohnya reka bentuk mesin.

Itulah sebabnya penting untuk mengetahui prestasi mesin, yang ditakrifkan sebagai nisbah antara kerja yang disampaikan dan tenaga yang dibekalkan:

η = kerja yang disampaikan oleh mesin/tenaga yang dibekalkan

Di mana lirik Yunani η Menandakan prestasi, jumlah tambahan yang selalu kurang dari 1. Sekiranya anda juga membiak dengan 100, anda mempunyai prestasi dalam istilah peratusan.

Contoh

- Manusia dan haiwan mengembangkan kuasa semasa pergerakan. Contohnya, ketika memanjat tangga, perlu melakukan kerja terhadap graviti. Membandingkan dua orang naik tangga, yang naik semua langkah pertama, akan mengembangkan lebih banyak kuasa daripada yang lain, tetapi kedua -duanya melakukan pekerjaan yang sama.

- Peralatan dan jentera ditentukan kuasa output mereka. Mentol pijar yang sesuai untuk menerangi bilik dengan baik mempunyai kekuatan 100 w. Ini bermaksud bahawa mentol mengubah elektrik menjadi cahaya dan haba (paling) pada kadar 100 j/s.

- Enjin pemangkasan rumput boleh memakan kira -kira 250 w dan kereta adalah dalam urutan 70 kW.

- Bekalan pam air buatan sendiri biasanya 0.5 hp.

- Matahari menjana 3.6 x 10 ²⁶ W kuasa.

Kuasa dan kelajuan

Kuasa segera diperoleh dengan mengambil masa yang sangat kecil: P = DW/DT. Daya yang dihasilkan oleh kerja penyebab anjakan kecil yang kecil dx adalah F (kedua -duanya adalah vektor), oleh itu DW = F ● dx. Menggantikan segala -galanya dalam ungkapan untuk kuasa, kekal:

Boleh melayani anda: daya sentrifugal: formula, bagaimana ia dikira, contoh, latihan

Oleh itu, kuasa juga boleh dinyatakan sebagai produk skalar antara daya dan kelajuan.

Kuasa manusia

Orang mampu menjana kuasa sekitar 1500 w atau 2 kuasa kuda, sekurang -kurangnya untuk masa yang singkat, seperti berat berat.

Rata -rata, output kuasa harian (8 jam) adalah 0.1 hp setiap orang. Kebanyakannya diterjemahkan ke dalam haba, lebih kurang jumlah yang sama dihasilkan oleh mentol pijar 75 w.

Atlet dalam latihan boleh menjana purata 0.5 hp bersamaan dengan kira -kira 350 j/s, dengan mengubah tenaga kimia (glukosa dan lemak) menjadi tenaga mekanikal.

Rajah 2. Seorang atlet mengembangkan kuasa purata 2 hp. Sumber: Pixabay.

Ketika datang ke kuasa manusia, biasanya lebih disukai. Kesetaraan yang diperlukan adalah:

1 kilocaloria = 1 kalori pemakanan = 4186 j

Kekuatan 0.5 hp terdengar seperti jumlah yang sangat kecil, dan ia adalah untuk banyak aplikasi.

Walau bagaimanapun, pada tahun 1979 sebuah basikal yang digerakkan oleh manusia dicipta yang boleh terbang. Paul MacCready merancang Gossamer Albatross, yang melintasi saluran La Mancha menjana 190 w dari output purata (Rajah 1).

Pengagihan tenaga elektrik

Permohonan penting ialah pengagihan elektrik di kalangan pengguna. Syarikat yang membekalkan bil elektrik tenaga yang digunakan, bukan kadar di mana ia dimakan. Itulah sebabnya mereka yang membaca rang undang-undang mereka dengan teliti akan menemui unit yang sangat spesifik: Kilowatt-Hora atau KW-H.

Walau bagaimanapun, apabila nama Watt dimasukkan ke dalam unit ini merujuk kepada tenaga dan bukan kuasa.

Kilowatt-Hora digunakan untuk menunjukkan penggunaan elektrik, kerana joule, seperti yang dinyatakan sebelum ini, adalah unit yang agak kecil: 1 watt-hora atau w-h Ia adalah kerja yang dilakukan dalam 1 jam melalui kuasa 1 watt.

Oleh itu 1 kW-h Ia adalah kerja yang dilakukan dalam satu jam bekerja dengan kuasa 1kW atau 1000 w. Mari letakkan nombor untuk lulus jumlah ini kepada joules:

1 w-h = 1 w x 3600 s = 3600 j

1 kW-h = 1000 w x 3600 s = 3.6 x 10 ⁶ J

Dianggarkan bahawa di rumah kira-kira 200 kW-hora boleh dimakan sebulan.

Ia dapat melayani anda: Tekanan mutlak: formula, bagaimana ia dikira, contoh, latihan

Latihan

Latihan 1

Seorang petani menggunakan traktor untuk menarik paca hay m = 150 kg pada satah cenderung 15 ° dan membawanya ke kandang, pada kelajuan tetap 5.0 km / j. Koefisien geseran kinetik antara hay fardo dan jalan adalah 0.Empat lima. Cari kuasa output traktor.

Penyelesaian

Untuk masalah ini, perlu menarik gambarajah badan percuma untuk hay fardo yang naik ke atas kapal terbang yang cenderung. Menjadi F Daya yang menggunakan traktor untuk memanjat Bundo, α = 15º adalah sudut kecenderungan.

Di samping itu, daya geseran kinetik terlibat F_sentuh yang menentang pergerakan, ditambah normal N dan berat badan W (Jangan mengelirukan berat badan dengan kerja).

Rajah 3. Heo Fardo Diagram Badan Terasing. Sumber: f. Zapata.

Undang -undang kedua Newton menawarkan persamaan berikut:

Σ fx = f -w_x -F_sentuh = 0 (Sejak Bundo meningkat pada kelajuan tetap)

Σfy = n - w_dan = 0 (Tidak ada pergerakan di sepanjang paksi x)

Geseran kinetik dikira oleh:

F_sentuh = Pekali geseran kinetik x magnitud normal

F_sentuh = 0.Empat lima . WY = 0.45 x 150 kg x9.8 m/s2 x cos 15º = 639 n

F = w_x + F_sentuh = M.g. dosa α = 150 kg. 9.8 m/s² . dosa 15 º + 639 n =  1019.42 n

Kelajuan dan kekuatan mempunyai arah dan makna yang sama, oleh itu:

P = F ● v = F. v

Ia dikehendaki mengubah unit kelajuan:

V = 5.0 km/ h = 1.39 m/ s

Menggantikan nilai, akhirnya anda mendapat:

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

Latihan 2

Enjin yang ditunjukkan dalam angka akan memuat naik blok 2 kg, bermula dari rehat, dengan pecutan 2 m/s² dan dalam 2 saat.

Rajah 4. Enjin mengangkat objek ke ketinggian tertentu, yang mana ia perlu melakukan kerja dan mengembangkan kuasa. Sumber: f. Zapata.

Kira:

a) ketinggian yang dicapai oleh blok pada masa itu.

b) kuasa yang mesti dibangunkan oleh enjin untuk mencapainya.

Penyelesaian

a) Ia adalah pergerakan rectilinear yang bervariasi seragam, oleh itu persamaan yang sepadan akan digunakan, dengan kelajuan awal 0. Ketinggian yang dicapai diberikan oleh:

y = ½ at² = ½ . 2 m/s² . (2 s)² = 4 m.

b) Untuk mencari kuasa yang dibangunkan oleh enjin, persamaan boleh digunakan:

P = δW/δt

Dan kerana daya yang dikenakan ke atas blok adalah melalui ketegangan dalam tali, yang tetap dalam magnitud:

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

Rujukan

1. Figueroa, d. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 2. Dinamik. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Knight, r.  2017. Fizik untuk saintis dan kejuruteraan: Pendekatan Strategi.  Pearson.
3. Fizik Libretxts. Kuasa. Pulih dari: Phys.Libretxts.org
4. Buku hiperteks fizik. Kuasa. Pulih dari: fizik.Maklumat.
5. Kerja, tenaga dan kuasa. Pulih dari: ncert.Nic.dalam