Mekanisk kraft og ydelse

Power er et mål for, hvor hurtigt en opgave udføres, eller hvor mange opgaver, der udføres i et givet tidsrum.

I fysik relaterer begrebet magt den mængde energi, der forbruges eller leveres til at udføre disse opgaver, og den tid, der blev brugt.

Hvis to maskiner gør det samme job, og en af ​​dem gør det på halvdelen af ​​tiden, jo hurtigere er jo mere kraftfuld. Hvis to maskiner arbejder lige meget, og en af ​​dem producerer dobbelt så meget, er den maskine, der producerer mest, den mest kraftfulde.

Kraften er resultatet af opdelingen mellem arbejdet og det tidsinterval, der bruges til at udføre dette arbejde, idet det er en skalar størrelse, det vil sige, det er ikke nødvendigt at definere retning og retning.

Gennemsnitlig effektformel

Hvor:
T er arbejde, målt i J (joule);
, målt i s (sekunder).

Da mængden af ​​arbejde, dvs. energi, brugt eller leveret, kan variere over en periode, giver formlen ovenfor den gennemsnitlige effekt.

strømforsyning

I det internationale system (SI) er arbejdsenheden joule (J), og tiden er sekund (er). Derfor er magtenheden J / s, et mål så vigtigt, at det fik et specielt navn, watt (W) til ære for James Watt, opfinder, matematiker og ingeniør. Af mange betragtes som en forløber for den industrielle revolution, perfektionerede James Watt dampmaskinen og senere patenterede han sin egen motor ud over mange andre bidrag.

James Watt (1736-1819)

Et andet koncept udviklet af James Watt var HP (hestekræfter) eller CV (hestekræfter).

Det er almindeligt at komme på tværs af andre måder at repræsentere strøm på, f.eks. Flere kW (1.000 W) og MW (1.000.000 W), der almindeligvis anvendes i elektrisk energiforsyning.

I fod-pund-sekunder udtrykkes 1 watt som:

Kraft af en konstant kraft i en forskydning

Styrke udtrykkes ved:

En kraft F, udfører arbejde på en krop og flytter den fra punkt A til punkt B. Arbejdet udført med kraft F under bevægelse af kroppen kan beregnes som følger:

Hvor:
F er en konstant kraft målt i Newton (N).
d er forskydningen målt i meter (m).
cos θ er cosinus for vinkel θ. (vinkel dannet mellem kraftens og bevægelsesretningerne)

Kraftens styrke som funktion af gennemsnitshastigheden

Da gennemsnitshastigheden er forskydningen divideret med tiden i henhold til forholdet:

Ved at erstatte værkets tidligere ligning har vi:

øjeblikkelig kraft

Magt er resultatet af opdeling af arbejdet og den tid, der bruges til at udføre dette arbejde. Hvis vi tager et meget lille tidsinterval, der stræber mod nul, har vi den øjeblikkelige kraft.

Hvor,
betyder, at opdeling sker med en meget tæt på nul.

Ydeevne

Effektiviteten af ​​en maskine eller enhed er forholdet mellem den faktisk anvendte strøm og den effekt, den har modtaget. Denne nyttige magt er den anvendelige del, det er den effekt, der blev modtaget minus den, der blev spredt.
En enhed eller maskine, der modtager en mængde strøm, kan ikke transformere den fuldt ud til arbejde, en del går tabt på grund af friktion i form af varme, støj og andre processer.

Potu = Potr - Potd

Hvor:

Potu er den nyttige magt;
føl er den modtagne magt;
Potd er den spredte magt.

Indkomstformel

Hvor,
er indkomsten
Potu er den nyttige magt;
føl er den modtagne kraft.

En anden måde at udtrykke udbytte på er at erstatte udtrykket af nyttig styrke med udbytte.

Udbyttet er altid mindre end 100%. For at forstå hvorfor dette sker, er det nødvendigt at se, at i formlen er den nyttige styrke, der er i tælleren, altid mindre end den modtagne effekt, da der altid er spredning.

Da det er en opdeling mellem mængder af samme enhed, har udbyttet ikke en måleenhed, da de annulleres i divisionen. Vi siger, at det er en dimensionsløs størrelse, og det er almindeligt at udtrykke det som en procentdel.

Idéen om udbytte kan udvides til elektriske, termiske og mekaniske maskiner.

Lær mere om ydeevne med Carnot cyklus.

Øvelser

Spørgsmål 1

Et skib, der transporterer en ordre med biler, anløber for at indlæse det. Køretøjerne er i containere og har en ca. masse på 4000 kg hver. For at flytte dem fra havnen til skibets dæk løfter en kran dem til en højde på 30 m. Hver operation med at løfte en container varer 5 min.

Beregn den effekt, som kranen bruger til at udføre denne opgave. Overvej tyngdeaccelerationen g, lig med 10 m / s².

Se svar

Løsning:
Da den gennemsnitlige effekt er arbejde divideret med tid, og tiden allerede er leveret af problemet, er vi nødt til at bestemme arbejdet.

Data:
m = 4000 kg
højde = 30 m
t = 5 min = 5 x 60 s = 300 s
g = 10 m / s².

Kranarbejde vil blive givet efter vægtstyrke.

Dermed,

Den anvendte effekt er 4 kW.

spørgsmål 2

På en vej bevæger en bil sig med en konstant hastighed på 40 m / s. For at udføre denne bevægelse skal du anvende en konstant vandret kraft i samme retning som hastigheden. Motoren producerer en ydelse på 80 kW. Hvad er intensiteten af ​​den påførte kraft?

Se svar

Løsning:

Vi kan bestemme styrke gennem dets forhold til magt og hastighed.

Data:
Vm = 40 m / s
Pot = 80 kW

Effekten af ​​en konstant kraft gives af kraftens produkt ved hjælp af hastigheden og med cosinus af den vinkel, der dannes mellem dem. Da kraft og hastighed i dette tilfælde er i samme retning og retning, er vinklen zero nul og cosinus er 1.

Gryde = F. Vm. cos θ
Gryde = F.Vm. cos 0
Gryde = F. Vm. 1

Isolering af F og erstatning af værdier,

Intensiteten af ​​den påførte kraft er 20 kN.

spørgsmål 3

(Fuvest-SP). Et transportbånd transporterer 15 kufferter med drikkevarer i minuttet fra et underjordisk lager til stueetagen. Løbebåndet har en længde på 12 m, en hældning på 30º fra vandret og bevæger sig med konstant hastighed. Kasserne, der skal transporteres, er allerede anbragt med transportørens hastighed. Hvis hver kasse vejer 200 N, skal motoren, der driver denne mekanisme, give kraften til:

a) 20W
b) 40W
c) 300W
d) 600W
e) 1800W

Se svar

Løsning:

Kraft gives af forholdet mellem arbejde og brugt tid i sekunder.

Data:
t = 1 min = 60 s
Remlængde = 12 m
hældning = 30 °
P = 200 N pr. Kasse

Med 15 kasser har vi 200 N x 15 = 3000 N.

Så P = 3000 N, derfor mg = 3000 N.

Da arbejdet med tyngdekraften er givet af T = m.g.h, er vi nødt til at bestemme højden.

I højden h danner måtten en retvinklet trekant 30º i forhold til vandret. Så for at bestemme h bruger vi sinus på 30º.

Fra trigonometri ved vi, at sinus 30 ° = 1/2.

Arbejdet vil blive givet af:

For at bestemme styrken skal du bare opdele værket efter tiden.

Svaret er derfor bogstavet c.

Du for at være interesseret i:

Elektrisk strøm
arbejde og energi
Fysikformler