NộI Dung
- TL; DR (Quá dài; Không đọc)
- Năng lượng, lực lượng, công việc và sức mạnh
- Phương trình cho sức mạnh cơ khí
- Sức mạnh trong chuyển động tuyến tính
- Một ví dụ tính toán: Mang theo đồ giặt
- Lưu ý cuối cùng về độ phức tạp
Bạn có thể tìm cơ khí được sử dụng ở mọi nơi trong thế giới hiện đại. Hôm nay bạn có đi xe không? Nó đã sử dụng năng lượng, từ nhiên liệu hoặc pin, để di chuyển một loạt các bộ phận cơ khí được kết nối với nhau - trục, bánh răng, dây đai, v.v. - cho đến khi, cuối cùng, năng lượng đó đã được sử dụng để quay bánh xe và đưa xe về phía trước.
Quyền lực trong vật lý là thước đo của tỷ lệ tại đó công việc đang được thực hiện theo thời gian. Từ cơ học, chỉ đơn giản là mô tả; nó cho bạn biết rằng sức mạnh được liên kết với một cỗ máy và sự chuyển động của các bộ phận khác nhau như hệ thống truyền động của ô tô hoặc bánh răng của đồng hồ.
Công thức năng lượng cơ học sử dụng các định luật vật lý cơ bản tương tự được sử dụng cho các dạng sức mạnh khác.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
Quyền lực P được định nghĩa là công việc W kết thúc thời gian t theo công thức sau. Lưu ý về các đơn vị: công suất nên tính bằng watt (W), hoạt động theo joules (J) và thời gian tính bằng giây - luôn kiểm tra kỹ trước khi cắm các giá trị của bạn.
P = W / t
Năng lượng cơ học tuân theo các định luật tương tự chi phối các loại năng lượng khác như hóa học hoặc nhiệt. Cơ điện chỉ đơn giản là sức mạnh liên quan đến các bộ phận chuyển động của một hệ thống cơ học, ví dụ như các bánh răng, bánh xe và ròng rọc bên trong một chiếc đồng hồ cổ.
Năng lượng, lực lượng, công việc và sức mạnh
Để hiểu được biểu thức của sức mạnh cơ học, nó rất hữu ích khi đưa ra bốn thuật ngữ liên quan đến nhau: năng lượng, lực lượng, công việc và quyền lực.
Phương trình cho sức mạnh cơ khí
Do mối quan hệ giữa năng lượng và công việc, có hai cách phổ biến để thể hiện sức mạnh về mặt toán học. Đầu tiên là về công việc W và thời gian t:
P = W/t
Sức mạnh trong chuyển động tuyến tính
Nếu bạn đang xử lý chuyển động tuyến tính, bạn có thể giả sử rằng bất kỳ lực nào được áp dụng hoặc di chuyển một vật thể tiến hoặc lùi dọc theo một đường thẳng phù hợp với hành động của lực - hãy nghĩ về các đoàn tàu trên đường ray. Bởi vì thành phần định hướng về cơ bản tự chăm sóc bản thân, bạn cũng có thể thể hiện sức mạnh theo công thức đơn giản bằng cách sử dụng lực lượng, khoảng cáchvà vận tốc.
Trong những tình huống này, công việc W có thể được định nghĩa là lực lượng ĐỤ × khoảng cách Cười mở miệng. Cắm nó vào phương trình cơ bản ở trên và bạn nhận được:
P = ĐỤ ×d / t
Có chú ý gì không? Với chuyển động tuyến tính, khoảng cách chia thời gian là định nghĩa cho vận tốc (v), vì vậy chúng ta cũng có thể thể hiện sức mạnh như:
P = ĐỤ(Cười mở miệng/t) = ĐỤ × v
Một ví dụ tính toán: Mang theo đồ giặt
OK, đó là rất nhiều toán học trừu tượng, nhưng hãy để nó hoạt động ngay bây giờ để giải quyết một vấn đề mẫu:
Cha mẹ của bạn yêu cầu bạn mang một khối lượng 10 kg đồ giặt sạch lên lầu. Nếu bạn thường mất 30 giây để leo cầu thang và cầu thang cao 3 mét, hãy ước tính bạn sẽ cần bao nhiêu năng lượng để mang quần áo từ dưới cầu thang lên đỉnh.
Dựa trên lời nhắc, chúng tôi biết rằng thời gian đó t sẽ là 30 giây, nhưng chúng tôi không có giá trị cho công việc W. Tuy nhiên, chúng ta có thể đơn giản hóa kịch bản để ước tính. Thay vì lo lắng về việc di chuyển đồ giặt lên và chuyển tiếp trên từng bước riêng lẻ, giả sử bạn chỉ cần nâng nó theo một đường thẳng từ chiều cao bắt đầu của nó. Bây giờ chúng ta có thể sử dụng P = ĐỤ × Cười mở miệng / t biểu hiện của sức mạnh cơ học, nhưng chúng ta vẫn cần phải tìm ra lực liên quan.
Để mang đồ giặt, bạn phải chống lại lực hấp dẫn lên nó. Vì lực hấp dẫn là F = mg theo hướng đi xuống, bạn phải áp dụng lực tương tự này theo hướng đi lên. Lưu ý rằng g là gia tốc do trọng lực mà trên Trái đất là 9,8 m / s2. Với suy nghĩ này, chúng ta có thể tạo một phiên bản mở rộng của công thức năng lượng tiêu chuẩn:
P = (m × g) (Cười mở miệng / t)
Và chúng ta có thể cắm các giá trị của mình cho khối lượng, gia tốc, khoảng cách và thời gian:
P = (10 kg × 9,8 m / s2) (3 m / 30 giây)
P = 9,08 watt
Vì vậy, bạn sẽ cần chi khoảng 9,08 watt để mang đồ giặt.
Lưu ý cuối cùng về độ phức tạp
Thảo luận của chúng tôi đã được giới hạn trong các kịch bản khá đơn giản và toán học tương đối đơn giản. Trong vật lý tiên tiến, các dạng tinh vi của phương trình công suất cơ học có thể yêu cầu sử dụng phép tính và các công thức phức tạp hơn, dài hơn có tính đến nhiều lực, chuyển động cong và các yếu tố phức tạp khác.
Nếu bạn cần thêm thông tin chuyên sâu, cơ sở dữ liệu HyperPhysics được lưu trữ bởi Đại học bang Georgia là một tài nguyên tuyệt vời.