Fyzický

Sila (fyzika)

Sila (fyzika)

Vysvetľujeme, aká je sila, jej vzorec, jednotky, typy energie a uvádzame vyriešené cvičenia

Sila tejto žiarovky je 150 W. Čím vyššia je sila, tým viac jasu vytvára, ale súčasná spotreba je vyššia

Čo je to fyzická sila?

Ten moc Vo fyzike je to skalárna veľkosť, ktorá sa používa na označenie rýchlosti, s akou sa vykonáva práca, alebo je vydávaná alebo spotrebovaná energiou. Je to kľúčový faktor pri určovaní toho, ako efektívne je strojové zariadenie, ako aj na optimalizáciu spotreby energie.

Napríklad rezačka trávy môže vykonávať prácu pri rezaní trávy za pol hodiny alebo možno za dve hodiny. Je zrejmé, že rezačka, ktorá robí prácu v kratšom čase, si vyvíja väčšiu moc, pretože robí rovnakú prácu rýchlejšie.

Všeobecne je sila vyjadrená ako:

Za predpokladu, že sila spôsobuje činnosť, napríklad pohyb objektu, robí mechanickú prácu ekvivalentnú energii. Keď sa berie do úvahy čas strávený, vznikne koncept moci.

Vzorce

Po prvé, je definovaná priemerná silam, ako pomer medzi množstvom práce vykonanej AW a časom Δt, ktorý na to potreboval:

V medzinárodnom systéme jednotiek sa sila meria v Joule/druhý, Jednotka s názvom Watt alebo Watt, na počesť škótskeho inžiniera Jamesa Watta (1736-1819), ktorý prispel k rozvoju parného motora.

Ostatné jednotky pre moc sú:

  • Steam Horse (CV).
  • Power Horse (HP alebo Koň Moc).
  • Ergios/druhý.
  • Foo ∙ Váhy/druhé.
  • Kalórie/druhé.
  • Kilogram/druhý.
  • Btu/hodina.

Nižšie sa vyskytujú niektoré ekvivalencie:

  • 1 hp = 550 stôp ∙ libra/sekunda = 745.7 w = 2545 btu/h

Kilovatio-hora, ktorá sa často objavuje v účte za elektrinu, nie je energetická jednotka, ale energia, ako aj BTU alebo britská tepelná jednotka, jednotka široko používaná v oblasti chladenia a klimatizačných zariadení.

Okamžitý výkon P sa vypočíta tak, že urobí veľmi malý časový interval. Vytváranie AT → 0 v priemernom výkone sa transformuje na okamžitý výkon, ktorý sa potom vyjadruje ako práca odvodená z práce vzhľadom na čas:

Môže vám slúžiť: fyzika pred Grékmi (Antigua Grécko)

Účinnosť

Účinnosť strojového zariadenia sa meria porovnaním užitočnej práce, ktorú vykonáva s energiou potrebnou na jej implementáciu.

Stáva sa, že bez ohľadu na to, ako perfektné strojové zariadenie sa nikdy nepremení na užitočnú prácu všetku poskytnutú energiu. Ak existujú mobilné kusy, trenie je zodpovedné za transformáciu časti na teplo a ďalší pravdepodobne v zvuku, ktoré nie sú využívané.

Ako je uvedené vyššie, mechanická účinnosť ε zostáva:

S withousiež Výstup a ea Vstupná energia. Vynásobením 100%sa získa percentuálna účinnosť, ktorú možno nájsť aj prostredníctvom kvocientu medzi vstupným výkonom pa a výstupný výkon Psiež:

Napríklad, ak má stroj účinnosť 45%, znamená to, že iba 45% prispievanej energie sa používa na účely stroja a zvyšných 55% sa stratí v horúčave, zvuku alebo inej forme energie.

Typy energie

Sila sa môže vyvíjať rôznymi druhmi síl, teda mechanickou silou spojenou s mobilnými objektmi, elektrickým výkonom, zvukom, tepelným a ďalším.

Mechanická sila

Pohybujúci sa objekt vyvíja silu súvisiacu s jeho rýchlosťou. Pretože práca je definovaná ako skalárny produkt medzi silou a posunom, dôjde k okamžitému výkonu pomocou:

Kde:

Je to nekonečné posun. Pamätajte si, že rýchlosť je derivátom polohy vzhľadom na čas:

Pri výmene tejto rovnice v predchádzajúcej rovnici sa získa, že mechanický výkon je skalárny produkt medzi vektorom sily a rýchlosti:

Môže vám slúžiť: voľný pád: koncept, rovnice, vyriešené cvičenia

Elektrická energia

Je to miera, do ktorej energia dodáva zdroj alebo batériu na konkrétny náboj, ktorý. Táto dodávka sa nemusí uskutočniť konštantnou rýchlosťou, takže je definovaná priemerná sila:

Kde v je napätie a At je časový interval. Ak sú prúd a napätie v priebehu času konštantné, prúd je:

I = q/Δt

A sila je tiež konštantná a vyjadruje sa ako:

P = i ∙ v

Zvuková sila

Zvukové vlny prepravujú energiu, keď sa šíria, a to vďaka tlaku na častice média. Pre nich sa používa koncept intenzity zvuku, čo je výkon na jednotku oblasti, ktorá sa meria vo W/M2 samy:

Celkový výkon sa počíta integrálom na povrchu S:

Povrch môže byť napríklad polomer R.

Tepelná sila

Je to rýchlosť, v ktorej určitý systém uvoľňuje energiu vo forme tepla:

Stefan-Boltzmann zákon

Pre teplo, ktoré je prenášané žiarením, je zákon Stefan-Boltzmann platný:

Kde:

  • T je teplota v Kelvin.
  • σ je Stefan-Boltzmannova konštanta: σ = 5.67 × 108 W/(m2 Klimatizovať4).
  • Emisivita materiálu je E, ktorej hodnota je medzi 0 a 1 a je typická pre každý materiál.
  • A je povrchová plocha tela.

Príklady sily vo fyzike

Klimatizácie a ohrievač

Klimatizačné a vykurovacie zariadenia sú klasifikované podľa ich energie. Výrobcovia a dizajnéri majú empirické vzorce na výpočet sily, ktorú musí zariadenie musí správne vyliečiť miestnosť s určitými rozmermi.

Žiarovky

Ľudia sa zvyčajne riadia silou elektrickej žiarovky, aby vedeli, aké je to vynikajúce.

Môže vám slúžiť: Watt Law: Čo je, príklady, aplikácie

Domáce spotrebiče

Všetky zariadenia naznačujú vo svojich štítkoch silu, ktorú spotrebujú, aby splnili svoju funkciu.

Strojové zariadenie

Machinery všeobecne, napríklad žeriavy, sú klasifikované podľa sily, ktorú vyvíjajú na zdvihnutie pesos.

Mechanické ventilátory pre pacientov na JIS

Sila mechanického ventilátora pre intenzívnu starostlivosť je starostlivo monitorovaná, aby sa predišlo pľúcnym léziám pacientov.

Cvičenia

Cvičenie 1

Dievča denne zje ekvivalent 8.4 × 106 J, aby ste udržali svoju váhu konštantnú. Koľko je priemerná sila, ktorá sa vyvíja aktuálna?

Riešenie

Priemerná sila je práca vykonaná na jednotku času. Ak si dievča zachováva svoju neustálu váhu, trávi všetku energiu jedla na vykonanie užitočnej práce. Jedného dňa máte 24 hodín, čo je ekvivalent v sekundách:

1 deň = 24 h = 86400 s

Cvičenie 2

Športové auto, ktorého hmotnosť je 1500 kg, je schopná zrýchliť z 0 na 90 km/h v 5.0 s. Na dosiahnutie tohto zrýchlenia je potrebná priemerná sila?

Riešenie

Používa sa vzorec mechanického výkonu:

Sila sa vypočíta podľa Newtonovho druhého zákona:

Priemerné zrýchlenie vozidla za predpokladu, že pohyb je rovnomerne rozmanitý priamočiarom, je:

Pred výmenou sa vykonáva konverzia jednotiek:

90 km/h = 25 m/s

Pevnosť a posun sú v rovnakom smere, preto je sila jednoducho produktom veľkosti sily priemernou rýchlosťou:

Výmena pri výkone:

P = 1500 kg × 5 m/s2 × 12.5 m/s = 93750 w