Contenuto
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Energia, forza, lavoro e potenza
- Equazione per potenza meccanica
- Potenza in movimento lineare
- Un esempio di calcolo: trasportare la biancheria
- Un'ultima nota sulla complessità
Potete trovare potenza meccanica in uso ovunque nel mondo moderno. Hai cavalcato in macchina oggi? Ha usato energia, sia dal carburante che da una batteria, per spostare una serie interconnessa di componenti meccanici - assi, ingranaggi, cinghie e così via - fino a quando, infine, quell'energia è stata utilizzata per far girare le ruote e spostare il veicolo in avanti.
Energia in fisica è una misura del Vota al quale lavoro viene eseguito nel tempo. La parola "meccanico" è semplicemente descrittiva; ti dice che il potere è associato a una macchina e al movimento di diversi componenti come la trasmissione di un'auto o gli ingranaggi di un orologio.
La formula della potenza meccanica utilizza le stesse leggi fondamentali della fisica utilizzate per altre forme di potenza.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Energia P è definito come lavoro W al di sopra di tempo t secondo la seguente formula. Nota sulle unità: la potenza dovrebbe essere in watt (W), lavorare in joule (J) e tempo in secondi (s) - controllare sempre prima di inserire i valori.
P = W / t
La potenza meccanica segue le stesse leggi che regolano altri tipi di potenza come quella chimica o termica. Potenza meccanica è semplicemente la potenza associata ai componenti mobili di un sistema meccanico, ad esempio ingranaggi, ruote e pulegge all'interno di un orologio antico.
Energia, forza, lavoro e potenza
Per dare un senso all'espressione del potere meccanico, è utile definire quattro termini correlati: energia, vigore, lavoro e energia.
Equazione per potenza meccanica
A causa della relazione tra energia e lavoro, ci sono due modi comuni per esprimere il potere matematicamente. Il primo è in termini di lavoro W e tempo t:
P = W/t
Potenza in movimento lineare
Se hai a che fare con un movimento lineare, puoi supporre che qualsiasi forza applicata muova un oggetto in avanti o indietro lungo un percorso rettilineo in linea con l'azione delle forze - pensa ai treni su un binario. Poiché il componente direzionale si prende sostanzialmente cura di se stesso, puoi anche esprimere il potere in termini di una semplice formula usando vigore, distanza, e velocità.
In queste situazioni, lavoro W può essere definito come vigore F × distanza d. Collegalo all'equazione di base sopra e otterrai:
P = F ×d / t
Noti qualcosa di familiare? Con movimento lineare, distanza diviso per tempo è la definizione di velocità (v), quindi possiamo anche esprimere potere come:
P = F(d/t) = F × v
Un esempio di calcolo: trasportare la biancheria
OK, questa era molta matematica astratta, ma ora mettiamola al lavoro per risolvere un problema di esempio:
I tuoi genitori ti chiedono di portare un carico di 10 kg di biancheria pulita al piano di sopra. Se normalmente ti ci vogliono 30 secondi per salire le scale e le scale sono alte 3 metri, stima quanta energia dovrai spendere per portare i vestiti dal fondo della scala verso l'alto.
Sulla base del prompt, quella volta lo sapevamo t saranno 30 secondi, ma non abbiamo un valore per il lavoro W. Tuttavia, possiamo semplificare lo scenario a fini di stima. Invece di preoccuparti di spostare il bucato in alto e in avanti su ogni singolo gradino, supponiamo che tu stia semplicemente sollevandolo in linea retta dalla sua altezza iniziale. Ora possiamo usare il P = F × d / t espressione di potenza meccanica, ma dobbiamo ancora capire la forza coinvolta.
Per trasportare la biancheria, è necessario contrastare la forza di gravità su di essa. Poiché la forza di gravità è F = mg nella direzione verso il basso, è necessario applicare questa stessa forza nella direzione verso l'alto. Nota che g è l'accelerazione dovuta alla gravità che sulla Terra è di 9,8 m / s2. Con questo in mente, possiamo creare una versione estesa della formula di potenza standard:
P = (m × g) (d / t)
E possiamo collegare i nostri valori per massa, accelerazione, distanza e tempo:
P = (10 kg × 9,8 m / s2) (3 m / 30 s)
P = 9,08 watt
Quindi dovrai spendere circa 9,08 watt per trasportare il bucato.
Un'ultima nota sulla complessità
La nostra discussione è stata limitata a scenari abbastanza semplici e matematica relativamente semplice. Nella fisica avanzata, forme sofisticate dell'equazione della potenza meccanica possono richiedere l'uso di calcoli e formule più lunghe e più complicate che tengono conto di più forze, movimenti curvi e altri fattori complicanti.
Se hai bisogno di informazioni più approfondite, il database HyperPhysics ospitato dalla Georgia State University è una risorsa eccellente.