Voima (fysiikka)

Selitämme, mikä on voiman, sen kaavan, yksiköiden, voiman tyypit ja laitamme ratkaisut harjoitukset

Tämän hehkulampun voima on 150 W. Mitä korkeampi voima, sitä enemmän kirkkautta se tuottaa, mutta nykyinen kulutus on suurempi

Mikä on fysiikan voima?

Se voima Fysiikassa se on skalaarinen suuruus, jota käytetään osoittamaan nopeus, jolla työn tehdään, tai se on annosteltava tai kuluttanut energiaa. Se on avaintekijä määritettäessä, kuinka tehokas kone on, sekä energiankulutuksen optimoimiseksi.

Esimerkiksi ruoholeikkuri voi tehdä ruohon leikkaamisen puolessa tunnissa tai ehkä kahdessa tunnissa. On selvää, että leikkuri, joka tekee työtä vähemmän aikaa, kehittää suurempaa valtaa, koska hän tekee saman työn nopeammin.

Yleensä voima ilmaistaan ​​seuraavasti:

Edellyttäen, että voima aiheuttaa toiminnan, kuten esineen siirtäminen, tekee mekaanisen työn, joka vastaa energiaa. Kun tässä vietettyä aikaa otetaan huomioon, vallan käsite syntyy.

Kaavat

Ensinnäkin keskimääräinen teho on määritelty_m, kun suhde tehdyn ΔW: n määrän ja sen tekemisen ajan välillä:

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä valta mitataan Joule/toinen, Skotlannin insinööri James Wattin (1736-1819) kunnioittamiseksi Watt tai Watt-yksikkö, joka osallistui höyrykoneen kehittämiseen.

Muita valtayksiköitä ovat:

• Höyryhevonen (CV).
• Power Horse (HP tai Hevonen Voima-A.
• Ergios/toinen.
• Foo ∙ Vaaka/toinen.
• Kalorit/sekunti.
• Kilo/toinen.
• Btu/tunti.

Joitakin vastaavuuksia tapahtuu alla:

• 1 hv = 550 jalkaa ∙ punta/sekunti = 745.7 W = 2545 Btu/H

Kilovatio-hora, joka esiintyy usein sähkölaskussa.

Välitön teho P lasketaan ottamalla hyvin pieni aikaväli. Δt → 0: n tekeminen keskimääräisessä tehossa, jonka se muuttuu hetkelliseksi voimiksi, joka sitten ilmaistaan ​​työstä johdettuna työnä:

Se voi palvella sinua: fysiikkaa ennen kreikkalaisia ​​(Antigua Kreikka)

Tehokkuus

Koneiden tehokkuus mitataan vertaamalla sen toteuttamiseen tarvittavaa hyödyllistä työtä.

Tapahtuu, että riippumatta siitä, kuinka täydelliset koneet eivät koskaan muutu hyödylliseksi työksi kaiken tarjoaman energian mukaan. Kun siellä on liikkuvia kappaleita, kitka on vastuussa osan muuntamisesta kuumuudeksi ja toinen todennäköisesti äänellä, jota ei hyödynnetä.

Kuten edellä selitettiin, mekaaninen tehokkuus ε on edelleen:

W: n kanssa_s Lähtötyö ja E_ja Sisäänpääsyenergia. Kertoamalla 100%: lla, saadaan prosentuaalinen tehokkuus, joka löytyy myös syöttötehon P välisen osamäärän kautta_ja ja lähtöteho p_s-

Esimerkiksi, jos koneen teho on 45%, se tarkoittaa, että koneen tarkoitukseen käytetään vain 45% energian tuloksesta ja loput 55% menetetään lämpöä, ääntä tai muuta energiamuotoa.

Tyyppiset voimat

Tehoa voidaan kehittää erityyppisillä voimilla, siten mekaaninen voima, joka liittyy liikkuviin objekteihin, sähkövoima, ääni, lämpö ja muut.

Mekaaninen voima

Liikkuva esine kehittää nopeuteen liittyvän voiman. Koska työ on määritelty skalaarituotteeksi voiman ja siirtymän välillä, tapahtuu välitöntä voimaa:

Missä:

Se on äärettömän vähäinen siirtymä. Muistaminen, että nopeus on aseman johdannainen ajan suhteen:

Kun korvaat tämän yhtälön edellisessä, saadaan, että mekaaninen teho on skalaarituote voiman ja nopeusvektorin välillä:

Se voi palvella sinua: Vapaa pudotus: Konsepti, yhtälöt, ratkaisut harjoitukset

Sähkövoima

Se on nopeus, jolla energia tarjoaa lähteen tai akun, tiettyyn lataukseen. Tätä toimitusta ei voida tehdä vakiona, joten keskimääräinen teho määritellään:

Missä V on jännite ja ΔT on aikaväli. Jos virta ja jännite ovat vakiona ajan myötä, virta on:

I = q/Δt

Ja voima on myös vakio, ilmaisee itsensä seuraavasti:

P = i ∙ v

Ääneteho

Ääniaallot kuljettavat energiaa leviäessään, väliaineen hiukkasten paineen ansiosta. Heille käytetään äänenvoimakkuuden käsitettä, joka on voima alueyksikköä kohti, joka mitataan ilman² sinänsä:

Kokonaisteho lasketaan S -pinnan integraalilla:

Pinta voi olla esimerkiksi säde r.

Lämpövoima

Se on nopeus, jolla tietty järjestelmä vapauttaa energiaa lämmön muodossa:

Stefan-Boltzmannin laki

Säteilyn välittämälle lämmölle Stefan-Boltzmannin laki on pätevä:

Missä:

• T on lämpötila Kelvinissä.
• σ on Stefan-Boltzmannin vakio: σ = 5.67 × 10⁸ W/(m² K -k -⁴-A.
• Materiaalin säteily on E, jonka arvo on välillä 0 ja 1 ja on tyypillinen jokaiselle materiaalille.
• A on rungon pinta -ala.

Esimerkkejä fysiikan voimasta

Ilmastointilaitteet ja lämmitin

Ilmastointi- ja lämmityslaitteet luokitellaan niiden voimalla. Valmistajilla ja suunnittelijoilla on empiiriset kaavat laskeakseen voiman, jonka laitteen on parannettava huoneen oikein tietyillä mitoilla.

Hehkulamput

Ihmisiä ohjataan yleensä sähköpultin voima tietää kuinka loistava se on.

Voi palvella sinua: Watt Law: Mikä on, esimerkkejä, sovelluksia

Kodinkoneet

Kaikki laitteet osoittavat tarroissaan voiman, jonka he kuluttavat toimintojensa suorittamiseksi.

Koneisto

Koneet yleensä, kuten esimerkiksi nosturit, luokitellaan pesojen nostamiseksi kehittymän voiman mukaan.

Mekaaniset tuulettimet ICU: n potilaille

Mekaanisen tuulettimen tehohoidon voimaa tarkkaillaan huolellisesti potilaan keuhkovaurioiden välttämiseksi.

Harjoitukset

Harjoitus 1

Tyttö syö päivittäin vastaavan 8.4 × 10⁶ J pitää painosi vakiona. Kuinka paljon keskimääräinen teho, joka kehittyy ajan tasalla?

Ratkaisu

Keskimääräinen voima on työyksikköä kohti tehty työ. Jos tyttö ylläpitää jatkuvaa painoa, hän viettää kaiken ruoan energian hyödyllisen työn tekemiseen. Eräänä päivänä sinulla on 24 tuntia, vastaavat sekunneissa:

1 päivä = 24 h = 86400 S

Harjoitus 2

Urheiluauto, jonka massa on 1500 kg, pystyy kiihtymään välillä 0 - 90 km/h 5: ssä.0 s. Mitä keskimääräistä tehoa tarvitaan tämän kiihtyvyyden saavuttamiseksi?

Ratkaisu

Käytetään mekaanisen tehon kaavaa:

Voima laskee Newtonin toinen laki:

Auton keskimääräinen kiihtyvyys olettaen, että liike on tasaisesti monipuolinen suoraviivainen, on:

Ennen korvaamista suoritetaan yksiköiden muuntaminen:

90 km/h = 25 m/s

Vahvuus ja siirtymä ovat samaan suuntaan, joten voima on yksinkertaisesti voiman suuruuden tuote keskimääräisen nopeuden perusteella:

Vallan korvaaminen:

P = 1500 kg × 5m/s² × 12.5 m/s = 93750 W