Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Energi, kraft, arbeid og kraft
- Ligning for mekanisk kraft
- Kraft i lineær bevegelse
- Et eksempel på beregning: Bærer klesvask
- En siste merknad om kompleksitet
Du kan finne mekanisk kraft i bruk overalt i den moderne verden. Kjørte du i en bil i dag? Den brukte energi, enten fra drivstoff eller et batteri, for å flytte en sammenkoblet serie av mekaniske komponenter - aksler, gir, belter og så videre - inntil endelig den energien ble brukt til å snurre hjulene og bevege kjøretøyet fremover.
Makt i fysikk er et mål på sats ved hvilken arbeid blir utført over tid. Ordet “mekanisk” er bare beskrivende; den forteller deg at strømmen er assosiert med en maskin og bevegelse av forskjellige komponenter som drivlinjen til en bil eller tannhjulene til en klokke.
Den mekaniske kraftformelen bruker de samme grunnleggende fysikklovene som brukes til andre former for makt.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Makt P er definert som arbeid W over tid t i henhold til følgende formel. Merk om enheter: strømmen skal være i watt (W), arbeide i joules (J) og tiden i sekunder (r) - alltid dobbeltsjekk før du kobler til verdiene.
P = W / t
Mekanisk kraft følger de samme lovene som styrer andre typer kraft som kjemisk eller termisk. Mekanisk kraft er ganske enkelt kraft assosiert med de bevegelige komponentene i et mekanisk system, for eksempel gir, hjul og remskiver i en antikk klokke.
Energi, kraft, arbeid og kraft
For å gi mening om uttrykket for mekanisk kraft, er det nyttig å legge ut fire sammenhengende begreper: energi, makt, arbeid og makt.
Ligning for mekanisk kraft
På grunn av forholdet mellom energi og arbeid, er det to vanlige måter å uttrykke kraft matematisk på. Den første er i form av arbeid W og tid t:
P = W/t
Kraft i lineær bevegelse
Hvis du arbeider med lineær bevegelse, kan du anta at enhver kraft som brukes enten beveger et objekt fremover eller bakover langs en rett bane i tråd med kreftene - tenk på tog på et spor. Fordi retningsbestanddelen i utgangspunktet tar vare på seg selv, kan du også uttrykke kraft i form av en enkel formel ved å bruke makt, avstand, og hastighet.
I disse situasjonene, arbeid W kan defineres som makt F × avstand d. Koble det til den grunnleggende ligningen ovenfor, så får du:
P = F ×d / t
Legg merke til noe kjent? Med lineær bevegelse, avstand delt på tid er definisjonen for hastighet (v), slik at vi også kan uttrykke kraft som:
P = F(d/t) = F × v
Et eksempel på beregning: Bærer klesvask
OK, det var mye abstrakt matematikk, men lar oss virke nå for å løse et eksempel på et problem:
Foreldrene dine ber deg ta med deg en 10 kilo med rent vaskeri oppe. Hvis det normalt tar deg 30 sekunder å klatre opp trappen, og trappene er 3 meter høye, kan du estimere hvor mye strøm du trenger å bruke for å ta klærne fra bunnen av trappen til toppen.
Basert på ledeteksten, visste vi den gangen t vil være 30 sekunder, men vi har ikke en verdi for arbeidet W. Imidlertid kan vi forenkle scenariet for estimeringens skyld. I stedet for å bekymre deg for å flytte tøyet opp og frem på hvert enkelt trinn, kan du anta at du bare løfter det i en rett linje fra starthøyden. Nå kan vi bruke P = F × d / t uttrykk for mekanisk kraft, men vi må fremdeles finne ut hvilken styrke det dreier seg om.
For å bære tøyet, må du motvirke tyngdekraften på det. Siden tyngdekraften er F = mg i retning nedover, må du bruke den samme kraften i retning oppover. Noter det g er akselerasjonen på grunn av tyngdekraften som på Jorden er 9,8 m / s2. Med dette i bakhodet kan vi lage en utvidet versjon av standard kraftformel:
P = (m × g) (d / t)
Og vi kan plugge inn verdiene våre for masse, akselerasjon, avstand og tid:
P = (10 kg × 9,8 m / s2) (3 m / 30 s)
P = 9,08 watt
Så du må bruke omtrent 9,08 watt for å ta med tøyet.
En siste merknad om kompleksitet
Diskusjonen vår har vært begrenset til ganske enkle scenarier og relativt enkel matematikk. I avansert fysikk kan sofistikerte former for den mekaniske kraftligningen kreve bruk av kalkulus og lengre, mer kompliserte formler som tar hensyn til flere krefter, buet bevegelse og andre kompliserende faktorer.
Hvis du trenger mer detaljert informasjon, er HyperPhysics-databasen som er hostet av Georgia State University, en utmerket ressurs.