DAYA NG MEKANIKAL: ANO ITO, APLIKASYON, HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Ang kapangyarihang mekanikal ay ang rate kung saan ang gawain, na kung saan ay ipinahayag sa matematika sa pamamagitan ng dami ng gawaing ginagawa sa bawat yunit ng oras ay isinasagawa. At dahil ang trabaho ay tapos na sa gastos ng hinihigop na enerhiya, maaari rin itong ipahiwatig bilang enerhiya sa bawat oras na yunit.

Ang pagtawag sa P sa kapangyarihan, W magtrabaho, E sa enerhiya at t sa oras, ang lahat ng nasa itaas ay maaaring mai-summarized sa madaling gamitin na mga expression ng matematika:

Larawan 1. Ang Gossamer Albatross, ang 'lumilipad na bisikleta', ay tumawid sa English Channel noong huling bahagi ng 1970s, gamit lamang ang kapangyarihan ng tao. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. Guroadrunner sa Ingles Wikipedia

O mabuti:

Pinangalanan ito bilang karangalan ng Scottish engineer na si James Watt (1736-1819), na kilala sa paglikha ng condenser steam engine, isang imbensyon na nagsimula sa Rebolusyong Pang-industriya.

Ang iba pang mga yunit ng kuryente na ginagamit sa mga industriya ay ang hp (lakas-kabayo o lakas ng kabayo) at ang CV (lakas-kabayo). Ang pinagmulan ng mga yunit na ito ay nag-date pa rin sa James Watt at ang Industrial Revolution, kapag ang pamantayan sa pagsukat ay ang rate kung saan gumagana ang isang kabayo.

Ang parehong hp at CV ay halos katumbas ng ¾ kilo-W at malawakang ginagamit, lalo na sa mechanical engineering, halimbawa sa pagtatalaga ng mga motor.

Ang maraming mga watt, tulad ng nabanggit na kilo-W = 1000 W ay madalas ding ginagamit sa elektrikal na kapangyarihan. Ito ay dahil ang joule ay medyo maliit na yunit ng enerhiya. Ang sistemang British ay gumagamit ng pounds-feet / segundo.

Ano ang binubuo nito at mga aplikasyon sa industriya at enerhiya

Ang konsepto ng kapangyarihan ay naaangkop sa lahat ng uri ng enerhiya, maging mekanikal, elektrikal, kemikal, hangin, sonik o anumang uri. Napakahalaga ng oras sa industriya, dahil ang mga proseso ay dapat tumakbo nang mabilis hangga't maaari.

Ang anumang motor ay gagawa ng kinakailangang gawain hangga't mayroon itong sapat na oras, ngunit ang mahalagang bagay ay gawin ito sa pinakamaikling posibleng panahon, upang madagdagan ang kahusayan.

Ang isang napaka-simpleng application ay agad na inilarawan upang linawin nang mabuti ang pagkakaiba sa pagitan ng trabaho at kapangyarihan.

Ipagpalagay na ang isang mabibigat na bagay ay nakuha ng isang lubid. Upang gawin ito, ang isang panlabas na ahente ay kinakailangan upang gawin ang kinakailangang gawain. Sabihin natin na ang ahente na ito ay naglilipat ng 90 J ng enerhiya sa sistema ng object-string, upang magtakda ito ng paggalaw ng 10 segundo.

Sa ganitong kaso, ang rate ng paglilipat ng enerhiya ay 90 J / 10 s o 9 J / s. Pagkatapos ay maaari nating kumpirmahin na ang ahente na iyon, isang tao o isang motor, ay may lakas na output ng 9 W.

Kung ang isa pang panlabas na ahente ay may kakayahang makamit ang parehong pag-aalis, alinman sa mas kaunting oras o sa pamamagitan ng paglilipat ng mas kaunting enerhiya, kung gayon ay may kakayahang umunlad ang higit na lakas.

Isa pang halimbawa: ipagpalagay na isang paglipat ng enerhiya ng 90 J, na namamahala upang maitakda ang sistema nang paggalaw ng 4 na segundo. Ang lakas ng output ay magiging 22.5 W.

Pagganap ng isang makina

Ang kapangyarihan ay malapit na nauugnay sa pagganap. Ang enerhiya na ibinibigay sa isang makina ay hindi kailanman ganap na nabago sa kapaki-pakinabang na gawain. Ang isang mahalagang bahagi ay kadalasang hindi natatanggal sa init, na nakasalalay sa maraming mga kadahilanan, halimbawa ang disenyo ng makina.

Iyon ang dahilan kung bakit mahalagang malaman ang pagganap ng mga makina, na kung saan ay tinukoy bilang isang malinaw sa pagitan ng gawa na naihatid at ang ibinigay na enerhiya:

Kung saan ang letrang Greek η ay nangangahulugan ng ani, isang sukat na walang sukat na palaging mas mababa sa 1. Kung pinarami din ito ng 100, mayroon kaming ani sa mga termino ng porsyento.

Mga halimbawa

- Ang mga tao at hayop ay nagkakaroon ng kapangyarihan sa panahon ng lokomosyon. Halimbawa, ang pag-akyat ng hagdan ay nangangailangan ng trabaho laban sa grabidad. Ang paghahambing ng dalawang tao na umakyat sa isang hagdan, ang isa na umakyat sa lahat ng mga hakbang una ay magkakaroon ng higit na kapangyarihan kaysa sa iba pa, ngunit pareho silang gumawa ng parehong trabaho.

- Ang mga gamit sa bahay at makinarya ay may tinukoy na lakas ng output. Ang isang maliwanag na bombilya ng ilaw na angkop para sa pag-iilaw ng isang silid na rin ay may kapangyarihan na 100 W. Nangangahulugan ito na ang ilaw na bombilya ay nagbabago ng de-koryenteng enerhiya sa ilaw at init (karamihan sa mga ito) sa isang rate ng 100 J / s.

- Ang motor ng isang lawn mower ay maaaring kumonsumo ng halos 250 W at ang isang kotse ay nasa order ng 70 kW.

- Ang isang lutong bahay na bomba ng tubig ay karaniwang nagbibigay ng 0.5 hp.

- Ang araw ay bumubuo ng 3.6 x 10 ²⁶ W ng kapangyarihan.

Lakas at bilis

Ang agarang lakas ay nakuha sa pamamagitan ng pagkuha ng isang infinitesimal oras: P = dW / dt. Ang puwersa na gumagawa ng gawain na nagdudulot ng maliit na infinitesimal displacement d x ay F (pareho ang mga vectors), samakatuwid dW = F d x . Pagsusulat ng lahat ng bagay sa expression para sa kapangyarihan, nananatili ito:

Kapangyarihan ng tao

Ang mga tao ay may kakayahang makabuo ng kapangyarihan ng halos 1500 W o 2 lakas-kabayo, hindi bababa sa maikling panahon, tulad ng pag-aangat ng mga timbang.

Karaniwan, ang pang-araw-araw na output ng kuryente (8 oras) ay 0.1 hp bawat tao. Karamihan sa kung saan ay isinalin sa init, halos pareho ang halaga na nabuo ng isang 75W na maliwanag na maliwanag na bombilya.

Ang isang atleta sa pagsasanay ay maaaring makabuo ng isang average na 0.5 hp katumbas ng tinatayang 350 J / s, sa pamamagitan ng pagbabago ng enerhiya ng kemikal (glucose at fat) sa mekanikal na enerhiya.

Larawan 2. Ang isang atleta ay bubuo ng isang average na lakas ng 2 hp. Pinagmulan: Pixabay.

Pagdating sa kapangyarihan ng tao, mas pinipili na sukatin ang mga kilo-calories / oras, kaysa sa mga watts. Ang kinakailangang pagkakapareho ay:

Ang isang lakas ng 0.5 hp tunog tulad ng isang napakaliit na halaga, at ito ay para sa maraming mga application.

Gayunpaman, noong 1979 isang bisikleta na pinapatakbo ng tao ay nilikha na maaaring lumipad. Dinisenyo ni Paul MacCready ang Gossamer Albatross, na tumawid sa English Channel na bumubuo ng 190 W ng average na output (Larawan 1).

Pamamahagi ng elektrikal na enerhiya

Ang isang mahalagang aplikasyon ay ang pamamahagi ng elektrikal na enerhiya sa pagitan ng mga gumagamit. Ang mga kumpanya na nagbibigay ng bill ng kuryente para sa enerhiya na natupok, hindi ang rate kung saan natupok ito. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga nagbasa nang mabuti ng iyong panukalang batas ay makakahanap ng isang napaka tukoy na yunit: ang kilowatt-hour o kW-h.

Gayunpaman, kapag ang pangalang Watt ay kasama sa yunit na ito ay tumutukoy sa enerhiya at hindi kapangyarihan.

Ang kilowatt-hour ay ginagamit upang ipahiwatig ang pagkonsumo ng elektrikal na enerhiya, dahil ang joule, tulad ng nabanggit dati, ay isang medyo maliit na yunit: 1 watt-hour o Wh ang gawaing nagawa sa 1 oras sa pamamagitan ng isang lakas ng 1 wat.

Samakatuwid 1 kW-h ay ang gawa na ginagawa sa isang oras na nagtatrabaho na may lakas na 1kW o 1000 W. Ilalagay natin ang mga numero upang mai-convert ang mga halagang ito sa mga joules:

Tinatayang ang isang sambahayan ay maaaring kumonsumo ng halos 200 kW-oras bawat buwan.

Pagsasanay

Ehersisyo 1

Ang isang magsasaka ay gumagamit ng isang traktor upang hilahin ang isang bale ng dayami M = 150 kg hanggang sa isang 15 ° incline at dalhin ito sa kamalig sa isang palaging bilis na 5.0 km / h. Ang koepisyent ng kinetic friction sa pagitan ng hay bale at chute ay 0.45. Hanapin ang power output ng traktor.

Solusyon

Para sa problemang ito, kailangan mong gumuhit ng isang diagram ng libreng katawan para sa bale ng dayami na tumataas sa hilig. Hayaan ang F ang puwersa na inilalapat ng traktor upang itaas ang bale, α = 15º ang anggulo ng pagkahilig.

Bilang karagdagan, ang kinetic friction force f _friction na sumasalungat sa kilusan ay kasangkot, kasama ang normal na N at ang timbang W (huwag malito ang W ng timbang sa gawa ng gawain).

Larawan 3. Napahiwalay ang diagram ng katawan ng hay bale. Pinagmulan: F. Zapata.

Ang ikalawang batas ng Newton ay nag-aalok ng mga sumusunod na equation:

Ang bilis at lakas ay may parehong direksyon at kahulugan, samakatuwid:

Kinakailangan na ibahin ang anyo ng mga yunit ng bilis:

Mga pagpapahalaga sa substituting, sa wakas nakukuha namin:

Mag-ehersisyo 2

Ang motor na ipinakita sa figure ay aangat ang 2 kg block, simula sa pamamahinga, na may isang pabilis na 2 m / s ² at sa 2 segundo.

Larawan 4. Ang motor ay nag-aangat ng isang bagay sa isang tiyak na taas, kung saan kinakailangan na gumawa ng trabaho at bumuo ng kapangyarihan. Pinagmulan: F. Zapata.

Kalkulahin:

a) Ang taas na naabot ng bloke sa oras na iyon.

b) Ang lakas na dapat gawin ng makina upang makamit ito.

Solusyon

a) Ito ay isang pantay na magkakaiba-iba ng paggalaw ng rectilinear, samakatuwid ang mga kaukulang mga equation ay gagamitin, na may paunang bilis 0. Ang taas na naabot ay ibinigay ng:

b) Upang mahanap ang lakas na binuo ng motor, ang equation ay maaaring magamit:

At dahil ang puwersa na ipinagpapataw sa block ay sa pamamagitan ng pag-igting sa string, na palaging nasa kalakihan:

P = (ma) .y / Δ t = 2 kg x 2 m / s ² x 4 m / 2 s = 8 W

Mga Sanggunian

1. Figueroa, D. (2005). Serye: Physics para sa Science at Engineering. Dami 2. Dinamika. Na-edit ni Douglas Figueroa (USB).
2. Knight, R. 2017. Physics para sa Siyentipiko at Teknolohiya: isang Diskarte sa Diskarte. Pearson.
3. Librete Text ng Physics. Kapangyarihan. Nabawi mula sa: phys.libretexts.org
4. Ang Libro ng Hypertext ng Physics. Kapangyarihan. Nabawi mula sa: physics.info.
5. Trabaho, enerhiya at kapangyarihan. Nakuha mula sa: ncert.nic.in