MEHANSKA MOČ: KAJ JE TO, APLIKACIJE, PRIMERI - FIZIČNO - 2026

Mehanska moč je hitrost, s katero se opravi delo, ki je izražena matematično s količino opravljenega dela na enoto časa. In ker delo poteka na račun absorbirane energije, ga lahko navedemo tudi kot energijo na enoto časa.

Če kličemo P za moč, W za delo, E za energijo in t za čas, lahko vse zgoraj navedeno povzemamo v enostavne matematične izraze:

Slika 1. Gossamer Albatross, 'leteče kolo', je konec 70. let prečkal Anglijski kanal in uporabljal samo človeško moč. Vir: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. Guroadrunner na angleški Wikipediji

O dobro:

Poimenovali so ga v čast škotskega inženirja Jamesa Watta (1736-1819), znanega po ustvarjanju kondenzatorskega parnega stroja, izuma, ki je začel industrijsko revolucijo.

Druge pogonske enote, ki se uporabljajo v panogi, so KM (konjska moč ali konjska moč) in CV (konjska moč). Izvor teh enot sega tudi v Jamesa Watta in industrijsko revolucijo, ko je bil merilni standard stopnja, s katero je konj deloval.

Tako KM kot CV sta približno enaka ¾ kilo-W in se še vedno pogosto uporabljata, zlasti v strojništvu, na primer pri označevanju motorjev.

Množice vatov, kot je prej omenjeni kilo-W = 1000 W, se pogosto uporabljajo tudi pri električni moči. To je zato, ker je džul relativno majhna enota energije. Britanski sistem uporablja funt-noge / sekundo.

Kaj je sestavljeno iz in uporabe v industriji in energetiki

Koncept moči je uporaben za vse vrste energije, bodisi mehanske, električne, kemične, vetrne, zvočne ali kakršne koli vrste. Čas je v industriji zelo pomemben, saj morajo procesi teči čim hitreje.

Vsak motor bo opravil potrebno delo, dokler ima dovolj časa, vendar je pomembno, da to storite v najkrajšem možnem času, da povečate učinkovitost.

Takoj je opisana zelo preprosta aplikacija, s katero se dobro razjasni razlika med delom in močjo.

Recimo, da težek predmet vleče vrv. Za to je potreben zunanji agent, ki opravi potrebna dela. Recimo, da to sredstvo prenaša 90 J energije v sistem objektnih nizov, tako da se sprosti 10 sekund.

V takem primeru je hitrost prenosa energije 90 J / 10 s ali 9 J / s. Potem lahko potrdimo, da ima ta agent, oseba ali motor, izhodno moč 9 W.

Če lahko drug zunanji agent doseže enak premik, bodisi v krajšem času bodisi s prenosom manj energije, potem lahko razvije večjo moč.

Še en primer: predpostavimo prenos energije v 90 J, ki mu uspe sistem zagnati 4 sekunde. Izhodna moč bo 22,5 W.

Zmogljivost stroja

Moč je tesno povezana z zmogljivostmi. Energija, dobavljena stroju, se nikoli ne spremeni v uporabno delo. Pomemben del običajno razprši toplota, kar je odvisno od številnih dejavnikov, na primer načrtovanja stroja.

Zato je pomembno poznati zmogljivost strojev, ki je opredeljena kot količnik med opravljenim delom in dobavljeno energijo:

Kjer grška črka η pomeni donos, je brezdimenzijska količina, ki je vedno manjša od 1. Če se pomnoži tudi s 100, imamo donos v odstotkih.

Primeri

- Ljudje in živali razvijejo moč med premikanjem. Na primer, plezanje po stopnicah zahteva delo proti gravitaciji. Če primerjamo dva, ki se vzpenjata po lestvi, bo tisti, ki se povzpne na vse stopnice, razvil več moči kot drugi, vendar sta oba opravila isto delo.

- Gospodinjski aparati in stroji imajo določeno izhodno moč. Žarnica z žarilno nitko, primerna za osvetlitev sobne vrtine, ima moč 100 W. To pomeni, da žarnica pretvori električno energijo v svetlobo in toploto (večino) s hitrostjo 100 J / s.

- Motor kosilnice lahko porabi približno 250 W, moč avtomobila pa pri 70 kW.

- Domača vodna črpalka ponavadi dobavi 0,5 KM.

- Sonce ustvari 3,6 x 10 ²⁶ W moči.

Moč in hitrost

Takojšnja moč dobimo tako, da vzamemo neskončno najmanjši čas: P = dW / dt. Sila, ki povzroči delo, ki povzroči majhen neskončno najmanjši premik d x, je F (oba sta vektorja), zato je dW = F d x . Vse, kar v izrazu zamenjamo za moč, ostane:

Človeška moč

Ljudje lahko vsaj za kratek čas proizvedejo moč okoli 1500 W ali 2 konjske moči, na primer dviganje uteži.

Dnevna moč električne energije (8 ur) je v povprečju 0,1 KM na osebo. Veliko tega se prevede v toploto, približno enaka količina, ki jo ustvari žarnica z žarilno močjo 75 W.

Športnik na treningu lahko s pretvorbo kemijske energije (glukoze in maščob) v mehansko energijo ustvari približno 0,5 KM, kar ustreza 350 J / s.

Slika 2. Športnik razvije povprečno moč 2 KM. Vir: Pixabay.

Ko gre za človeško moč, se na splošno raje meri v kilo-kalorijah / uro, ne pa v vatih. Potrebna enakovrednost je:

Moč 0,5 KM zveni kot zelo majhna količina in je za številne aplikacije.

Vendar je leta 1979 nastalo kolo s človeškim pogonom, ki je lahko letelo. Paul MacCready je zasnoval Gossamer Albatross, ki je prečkal kanalski kanal in ustvaril 190 W povprečne moči (slika 1).

Porazdelitev električne energije

Pomembna aplikacija je porazdelitev električne energije med uporabniki. Podjetja, ki dobavljajo električno energijo, porabijo za porabljeno energijo, ne pa za stopnjo porabe. Zato bodo tisti, ki natančno preberejo vaš račun, našli zelo specifično enoto: kilovatno uro ali kW-h.

Ko pa je v to enoto vključeno ime Watt, se to nanaša na energijo in ne na moč.

Kilovatna ura se uporablja za označevanje porabe električne energije, saj je joule, kot smo že omenili, dokaj majhna enota: 1 vatna ura ali Wh je delo, opravljeno v 1 uri z močjo 1 vata.

Zato je 1 kW-h delo v eni uri z močjo 1kW ali 1000 W. Številke pretvorimo v džule:

Ocenjuje se, da lahko gospodinjstvo porabi približno 200 kW-ur na mesec.

Vaje

Vaja 1

Kmet s traktorjem vleče balo sena M = 150 kg navzgor po 15 ° nagiba in jo pripelje do skednja s konstantno hitrostjo 5,0 km / h. Koeficient kinetičnega trenja med balo sena in žlebom je 0,45. Poiščite izhodno moč traktorja.

Rešitev

Za to težavo morate pripraviti shemo prostega telesa za balo sena, ki se dviga na naklon. Naj bo F sila, ki jo traktor uporablja za dvigovanje bale, α = 15 ° je kot naklona.

Poleg tega je vključena kinetična sila trenja f _trenja, ki nasprotuje gibanju, plus običajna N in teža W ( W mase ne zamenjajte z delom).

Slika 3. Osamljeni diagram telesa bala sena. Vir: F. Zapata.

Newtonov drugi zakon ponuja naslednje enačbe:

Hitrost in sila imata isto smer in smisel, zato:

Potrebno je transformirati enote hitrosti:

Nadomestitev vrednosti na koncu dobimo:

Vaja 2

Motor, prikazan na sliki, bo dvignil 2 kg blok, začenši s počitka, s pospeškom 2 m / s ² in v 2 sekundah.

Slika 4. Motor dvigne predmet na določeno višino, za kar je potrebno opraviti delo in razvijati moč. Vir: F. Zapata.

Izračunaj:

a) Višina, ki jo je blok dosegel v tistem času.

b) Moč, ki jo mora motor razviti, da to doseže.

Rešitev

a) Gre za enakomerno spremenjeno pravokotno gibanje, zato se bodo uporabile ustrezne enačbe z začetno hitrostjo 0. Dosežena višina je dana:

b) Za iskanje moči, ki jo razvije motor, lahko uporabimo enačbo:

In ker je sila, ki deluje na blok, skozi napetost v vrvici, ki je konstantna po velikosti:

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

Reference

1. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika za znanost in tehniko. Zvezek 2. Dinamika. Uredil Douglas Figueroa (USB).
2. Knight, R. 2017. Fizika za znanstvenike in inženiring: strateški pristop. Pearson.
3. Libretexts fizike. Moč. Pridobljeno: phys.libretexts.org
4. Knjiga fizike hiperteksta. Moč. Pridobljeno: fizika.info.
5. Delo, energija in moč. Pridobljeno z: ncert.nic.in