كيفية حساب القوة الميكانيكية

المحتوى

• TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)
• الطاقة والقوة والعمل والطاقة
• معادلة القوة الميكانيكية
• السلطة في الحركة الخطية
• مثال على الحساب: حمل الغسيل
• ملاحظة أخيرة عن التعقيد

يمكنك إيجاد الطاقة الميكانيكية في الاستخدام في كل مكان في العالم الحديث. هل ركبت في سيارة اليوم؟ لقد استخدمت الطاقة ، إما من الوقود أو البطارية ، لتحريك سلسلة مترابطة من المكونات الميكانيكية - المحاور والتروس والأحزمة وما إلى ذلك - حتى ، أخيرًا ، تم استخدام تلك الطاقة لتدوير العجلات وتحريك السيارة للأمام.

قوة في الفيزياء هو مقياس لل معدل الذي عمل يجري تنفيذها مع مرور الوقت. كلمة "الميكانيكية" هي مجرد وصفية ؛ يخبرك أن الطاقة مرتبطة بجهاز وحركة مكونات مختلفة مثل مجموعة القيادة للسيارة أو التروس على مدار الساعة.

تستخدم صيغة القدرة الميكانيكية نفس القوانين الأساسية للفيزياء المستخدمة في أشكال القوة الأخرى.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم يقرأ)

قوة P يعرف ب عمل W على زمن تي وفقا للصيغة التالية. ملاحظة على الوحدات: يجب أن تكون الطاقة بالواط (W) ، والعمل بالحروق (J) والوقت بالثواني (الثواني) - تحقق دائمًا من الاختيار المزدوج قبل توصيل قيمك.

P = W / تي

تتبع القوة الميكانيكية نفس القوانين التي تحكم أنواع الطاقة الأخرى مثل الكيميائية أو الحرارية. الطاقة الميكانيكية هي ببساطة قوة مرتبطة بالمكونات المتحركة للنظام الميكانيكي ، على سبيل المثال التروس والعجلات والبكرات داخل الساعة العتيقة.

الطاقة والقوة والعمل والطاقة

لفهم التعبير عن القوة الميكانيكية ، من المفيد وضع أربعة مصطلحات مترابطة: طاقة, فرض, عمل و قوة.

معادلة القوة الميكانيكية

بسبب العلاقة بين الطاقة والعمل ، هناك طريقتان شائعتان للتعبير عن القوة رياضيا. الأول هو من حيث عمل W و زمن تي:

P = W/تي

السلطة في الحركة الخطية

إذا كنت تتعامل مع الحركة الخطية ، فيمكنك افتراض أن أي قوة مطبقة إما تحرك كائنًا للأمام أو للخلف على طول مسار مستقيم تمشيا مع حركة القوى - فكر في القطارات على المسار. نظرًا لأن المكون الاتجاهي يعتني بنفسه بشكل أساسي ، يمكنك أيضًا التعبير عن القوة من حيث استخدام صيغة بسيطة فرض, مسافه: بعدو ● السرعة.

في هذه الحالات ، عمل W يمكن تعريفها على أنها فرض F × مسافه: بعد د. قم بتوصيل ذلك بالمعادلة الأساسية أعلاه وتحصل على:

P = F ×د / ر

لاحظ أي شيء مألوف؟ مع الحركة الخطية ، مسافه: بعد مقسوما على زمن هو التعريف ل ● السرعة (الخامس) ، حتى نتمكن من التعبير عن القوة على النحو التالي:

P = F(د/تي) = F × الخامس

مثال على الحساب: حمل الغسيل

حسنًا ، لقد كان هذا كثيرًا من الرياضيات المجردة ، لكن دعنا نضعها في العمل الآن لحل مشكلة نموذجية:

يطلب منك والداك حمل حمولة 10 كيلوجرام من الغسيل النظيف بالطابق العلوي. إذا استغرق الأمر عادة 30 ثانية لتسلق السلالم ، ويبلغ طول الدرج 3 أمتار ، فقدر مقدار الطاقة التي ستحتاج إلى إنفاقها لنقل الملابس من أسفل الدرج إلى الأعلى.

بناء على الموجه ، عرفنا ذلك الوقت تي ستكون 30 ثانية ، لكن ليس لدينا قيمة للعمل W. ومع ذلك ، يمكننا تبسيط السيناريو من أجل التقدير. بدلاً من القلق حول نقل الغسيل للأمام وللأمام في كل خطوة فردية ، دعنا نفترض أنك ببساطة ترفعه في خط مستقيم من ارتفاعه. الآن يمكننا استخدام P = F × د / تي تعبير عن القوة الميكانيكية ، لكن ما زلنا بحاجة لمعرفة القوة المعنية.

من أجل حمل الغسيل ، يجب عليك مواجهة قوة الجاذبية عليه. منذ قوة الجاذبية F = ملغ في الاتجاه الهبوطي ، يجب تطبيق هذه القوة نفسها في الاتجاه التصاعدي. لاحظ أن ز هو التسارع بسبب الجاذبية التي على الأرض 9.8 م / ث². مع وضع ذلك في الاعتبار ، يمكننا إنشاء نسخة موسعة من صيغة الطاقة القياسية:

P = (م × ز) (د / تي)

ويمكننا توصيل قيمنا للكتلة والتسارع والمسافة والوقت:

P = (10 كجم × 9.8 م / ث)²) (3 م / 30 ثانية)
P = 9.08 واط

لذلك سوف تحتاج إلى إنفاق حوالي 9.08 واط لحمل الغسيل.

ملاحظة أخيرة عن التعقيد

اقتصر نقاشنا على سيناريوهات واضحة إلى حد ما والرياضيات البسيطة نسبيا. في الفيزياء المتقدمة ، قد تتطلب الأشكال المعقدة لمعادلة القدرة الميكانيكية استخدام حساب التفاضل والتكامل وصيغ أطول وأكثر تعقيدًا تأخذ في الاعتبار قوى متعددة ، وحركة منحنية وعوامل تعقيد أخرى.

إذا كنت بحاجة إلى المزيد من المعلومات المتعمقة ، فإن قاعدة بيانات HyperPhysics التي تستضيفها جامعة ولاية جورجيا تعد مصدرًا ممتازًا.