Contenu
- TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
- Energie, force, travail et puissance
- Équation pour la puissance mécanique
- Puissance en mouvement linéaire
- Un exemple de calcul: porter du linge
- Une dernière note sur la complexité
Tu peux trouver puissance mécanique en usage partout dans le monde moderne. Avez-vous conduit dans une voiture aujourd'hui? Il utilisait de l'énergie, soit du carburant, soit une batterie, pour déplacer une série interconnectée de composants mécaniques - essieux, engrenages, courroies, etc. - jusqu'à ce que cette énergie soit enfin utilisée pour faire patiner les roues et faire avancer le véhicule.
Puissance en physique est une mesure de la taux auquel travail est effectuée au fil du temps. Le mot "mécanique" est simplement descriptif; il vous indique que la puissance est associée à une machine et au mouvement de différents composants, tels que la transmission d'une voiture ou les rouages d'une horloge.
La formule de puissance mécanique utilise les mêmes lois fondamentales de la physique que celles utilisées pour d'autres formes de pouvoir.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Puissance P est défini comme travail W plus de temps t selon la formule suivante. Remarque sur les unités: la puissance doit être en watts (W), travailler en joules (J) et le temps en secondes (s) - vérifiez toujours avant de saisir vos valeurs.
P = W / t
La puissance mécanique suit les mêmes lois qui régissent les autres types de puissance tels que la chimie ou la thermique. Puissance mécanique Il s’agit simplement d’une puissance associée aux composants mobiles d’un système mécanique, par exemple les engrenages, les roues et les poulies d’une horloge ancienne.
Energie, force, travail et puissance
Pour donner un sens à l’expression «puissance mécanique», il est utile de définir quatre termes interdépendants: énergie, Obliger, travail et Puissance.
Équation pour la puissance mécanique
En raison de la relation entre énergie et travail, il existe deux manières courantes d’exprimer mathématiquement le pouvoir. Le premier est en termes de travail W et temps t:
P = W/t
Puissance en mouvement linéaire
Si vous avez affaire à un mouvement linéaire, vous pouvez supposer que toute force appliquée déplace un objet en avant ou en arrière le long d’une trajectoire droite alignée sur l’action des forces - pensez aux trains sur une voie. Parce que le composant directionnel prend soin de lui-même, vous pouvez également exprimer le pouvoir en termes de formule simple en utilisant Obliger, distance, et rapidité.
Dans ces situations, travail W peut être défini comme Obliger F × distance ré. Connectez cela à l'équation de base ci-dessus et vous obtenez:
P = F ×d / t
Remarquez quelque chose de familier? Avec mouvement linéaire, distance divisé par temps est la définition de rapidité (v), nous pouvons donc aussi exprimer le pouvoir en:
P = F(ré/t) = F × v
Un exemple de calcul: porter du linge
OK, c’était beaucoup de mathématiques abstraites, mais mettons-les maintenant au travail pour résoudre un exemple de problème:
Vos parents vous demandent de transporter une charge de linge propre de 10 kilos à l'étage. Si cela vous prend normalement 30 secondes pour monter les escaliers et que ceux-ci mesurent 3 mètres de haut, estimez la quantité d’énergie que vous devrez dépenser pour transporter les vêtements du bas vers le haut.
Sur la base de l'invite, nous savions que le temps t durera 30 secondes, mais nous n’avons pas de valeur au travail W. Cependant, nous pouvons simplifier le scénario à des fins d’estimation. Plutôt que de vous inquiéter de déplacer le linge vers le haut et vers l’avant sur chaque marche, supposons que vous le soulevez simplement en ligne droite depuis sa hauteur de départ. Maintenant nous pouvons utiliser le P = F × ré / t expression de la puissance mécanique, mais nous avons encore besoin de comprendre la force impliquée.
Pour transporter le linge, vous devez neutraliser la force de gravité. Depuis la force de gravité est F = mg dans le sens descendant, vous devez appliquer cette même force dans le sens ascendant. Notez que g est l'accélération due à la gravité qui sur Terre est de 9,8 m / s2. Dans cet esprit, nous pouvons créer une version développée de la formule de puissance standard:
P = (m × g) (ré / t)
Et nous pouvons intégrer nos valeurs de masse, d'accélération, de distance et de temps:
P = (10 kg × 9,8 m / s2) (3 m / 30 s)
P = 9,08 watts
Il vous faudra donc dépenser environ 9,08 watts pour transporter le linge.
Une dernière note sur la complexité
Notre discussion a été limitée à des scénarios assez simples et à des calculs relativement simples. En physique avancée, les formes sophistiquées de l'équation de puissance mécanique peuvent nécessiter l'utilisation de calculs et de formules plus longues et plus compliquées, qui prennent en compte des forces multiples, des mouvements courbes et d'autres facteurs de complication.
Si vous avez besoin d'informations plus détaillées, la base de données HyperPhysics hébergée par la Georgia State University est une excellente ressource.