Fyzický

Mechanický výkon, čo je, aplikácie, príklady

Mechanický výkon, čo je, aplikácie, príklady

Ten Mechanická sila Je to rytmus, ku ktorému sa práca vykonáva, ktorá sa vyjadruje matematickým spôsobom pre množstvo práce vykonanej na jednotku času. A keďže práca sa vykonáva na úkor absorbovanej energie, môže sa tiež zvýšiť ako energia na jednotku času.

Volanie P k dispozícii, W pracovať, A na energiu a tón Zároveň je možné všetky vyššie uvedené zhrnúť v ľahko zvládnutí matematických výrazov:

postava 1. Gossamer Albatross, „Flying Bicycle“, prešiel koncom 70. rokov 20. storočia kanál La Mancha a využíval iba ľudskú moc. Zdroj: Wikimedia Commons. Klebiet albatros. Guroadrunner v angličtine Wikipedia [verejná doména]

O dobre:

Energy Jednotky v medzinárodnom systéme (SI), ktorý je systémom všeobecne prijatých jednotiek, sú Joule/Second alebo Watt, ktorý je skrátene. Bol teda pomenovaný na počesť škótskeho inžiniera Jamesa Watta (1736-1819), ktorý je známy tým, že vytvoril parný motor s kondenzátorom, vynález, ktorý začal priemyselnú revolúciu.

Ostatné energetické jednotky používané v odvetviach sú HP (Konská sila alebo Power Horse) a CV (parný kôň). Pôvod týchto jednotiek sa tiež datuje k Jamesovi Wattovi a priemyselnej revolúcii, keď bol vzor merania rytmom, s ktorým kôň k práci.

HP aj CV sú rovnocenné s približne ¾ kilo-w, ktoré sa stále používajú veľa, najmä v strojárstve, napríklad pri určovaní motorov.

Násobky watt, podobne ako vyššie uvedené kilo-w = 1 000 w sa často používajú aj v elektrine. Je to preto, že joule je relatívne malá jednotka energie. Britský systém používa Váhy-Pie/druhý.

[TOC]

Čo je priemyselné a energetické aplikácie

Koncepcia výkonu je použiteľná na všetky typy energie, či už mechanické, elektrické, chemické, veterné, sononické alebo akékoľvek druhy. Čas je v priemysle veľmi dôležitý, pretože procesy sa musia vykonávať čo najrýchlejšie.

Každý motor urobí potrebnú prácu, aby mal dostatok času, ale dôležité je urobiť to v čo najkratšom čase, aby sa zvýšila efektívnosť.

Okamžite je opísaná veľmi jednoduchá aplikácia na objasnenie rozdielu medzi prácou a dobre.

Predpokladajme, že ťažký predmet je zastavený lanom. Na tento účel je potrebný externý agent, ktorý vykonáva potrebnú prácu. Povedzme, že tento agent prenáša 90 j energie do systému objektového tela, takže je nastavený do pohybu 10 sekúnd.

Môže vám slúžiť: krížová vlna

V tomto prípade je miera prenosu energie 90 J/10 s alebo 9 J/s. Potom môžeme potvrdiť, že tento agent, osoba alebo motor má výstupný výkon 9 W.

Ak je iný externý agent schopný dosiahnuť rovnaké posunutie, buď v kratšom čase, alebo prenosom menej energie, potom je schopný vyvinúť väčšiu energiu.

Ďalší príklad: Predpokladajme, že prenos energie 90 J, ktorý sa podarí presunúť systém na 4 sekundy. Výstupný výkon bude 22.5 W.

Výkon stroja

Sila úzko súvisí s výkonom. Energia, ktorá sa dodáva do stroja, sa nikdy úplne nezmení na užitočnú prácu. Dôležitá časť sa zvyčajne rozptyľuje v horúčave, čo závisí od mnohých faktorov, napríklad od návrhu stroja.

Preto je dôležité poznať výkon strojov, ktorý je definovaný ako pomer medzi dodanou prácou a dodávanou energiou:

η = práca dodávaná dodávaným strojom/energiou

Kde grécke texty η Označuje výkon, dodatočnú sumu, ktorá je vždy menšia ako 1. Ak tiež vynásobíte 100, máte výkon v percentuálnom vyjadrení.

Príklady

- Ľudské bytosti a zvieratá vyvíjajú silu počas lokomócie. Napríklad pri lezení na schody je potrebné pracovať proti gravitácii. Porovnanie dvoch ľudí, ktorí idú hore po rebríku, ktorý vychádza z všetkých krokov najskôr, si vyvinie viac energie ako ostatní, ale obaja odviedli rovnakú prácu.

- Spotrebiče a strojové zariadenia sú určené na ich výstupný výkon. Vhodná žiarovka na osvetlenie miestnosti má silu 100 W. To znamená, že žiarovka transformuje elektrinu na svetlo a teplo (najviac) rýchlosťou 100 j/s.

- Motor prerezávania trávy môže konzumovať asi 250 W a motor vozidla je v poradí 70 kW.

- Domáce vodné čerpadlo dodáva zvyčajne 0.5 hp.

- Slnko generuje 3.6 x 10 26 W.

Napájanie

Okamžitá energia sa získava tým, že si vezme nekonečný čas: P = Dw/dt. Sila spôsobená príčinnou prácou malého nekonečného vytesnenia dX je F (obidve sú preto vektory) dw = F ● dX. Nahradenie všetkého vo výraze pre moc zostáva:

Môže vám slúžiť: odstredivka: vzorce, ako sa vypočítajú, príklady, cvičenia

Preto je možné napájanie vyjadriť aj ako skalárny produkt medzi silou a rýchlosťou.

Ľudská sila

Ľudia sú schopní generovať sily asi 1500 W alebo 2 koní, aspoň na krátku dobu, napríklad vážiace závažia.

V priemere je denný výkon (8 hodín) 0.1 hp na osobu. Väčšina z nich sa premieta do tepla, viac -menej rovnaké množstvo generované žiarovkou 75 w.

Športovec v tréningu môže generovať v priemere 0.5 hp rovnocenná s približne 350 J/s transformovaním chemickej energie (glukózy a tuku) na mechanickú energiu.

Obrázok 2. Športovec rozvíja priemernú moc 2 hp. Zdroj: Pixabay.

Pokiaľ ide o ľudskú moc, zvyčajne sa uprednostňuje. Potrebná rovnocennosť je:

1 kilokalória = 1 výživová kalória = 4186 j

Sila 0.5 koní znie ako veľmi malé množstvo a je to pre mnoho aplikácií.

V roku 1979 však bolo vytvorené bicykel poháňané ľuďmi, ktoré dokázalo lietať. Paul MacCready navrhol Klebiet albatros, ktorý prekročil kanál LA Mancha, ktorý generoval priemerný výkon 190 W (obrázok 1).

Distribúcia elektrickej energie

Dôležitou aplikáciou je distribúcia elektriny medzi používateľmi. Spoločnosti, ktoré dodávajú účty za elektrinu spotrebovanú energiu, nie mieru, akú sa konzumuje. Preto tí, ktorí si starostlivo prečítali svoj účet.

Ak je však názov watt zahrnutý v tejto jednotke, vzťahuje sa na energiu a nie na energiu.

Kilowatt-Hory sa používa na označenie spotreby elektriny, pretože joule, ako už bolo uvedené, je pomerne malá jednotka: 1 watt-hora alebo w-h Je to práca vykonaná za 1 hodinu prostredníctvom moci 1 watt.

Preto 1 kw-h Je to práca, ktorá sa vykonáva za hodinu, ktorá pracuje s výkonom 1 kW alebo 1000 w. Položme čísla, ktoré tieto sumy odovzdajú Joules:

1 w-h = 1 w x 3600 s = 3600 j

1 kw-h = 1 000 w x 3600 s = 3.6 x 10 6 J

Odhaduje sa, že v dome je možné konzumovať asi 200 kw-hory mesačne.

Môže vám slúžiť: Absolútny tlak: vzorec, ako sa vypočíta, príklady, cvičenia

Cvičenia

Cvičenie 1

Farmár používa traktor na vytiahnutie sena Paca M = 150 kg na 15 ° naklonenej rovine a odvezte ho do stodoly konštantnou rýchlosťou 5.0 km / h. Koeficient kinetického trenia medzi seno Fardo a rampa je 0.Štyri. Päť. Nájdite výstupný výkon traktora.

Riešenie

Pre tento problém je potrebné nakresliť voľný diagram tela pre sena Fardo, ktorý ide hore v naklonenej rovine. Byť F Sila, ktorá aplikuje traktor na výstup na Bundo, α = 15 ° je uhol sklonu.

Okrem toho je zapojená kinetická trenie Fdotýkať sa To je proti pohybu a normálne N a váha W (Nezamieňajte váhu s váhou práce).

Obrázok 3. HEO fardo izolovaný diagram tela. Zdroj: f. Zapata.

Newtonov druhý zákon ponúka nasledujúce rovnice:

∑ fx = f -wX -Fdotýkať sa = 0 (Pretože Bundo stúpa konštantnou rýchlosťou)

∑fy = n - wa = 0 (Neexistuje žiadny pohyb pozdĺž osi x)

Kinetické trenie sa počíta:

Fdotýkať sa = Kinetický koeficient trenia x veľkosť normálu

Fdotýkať sa = 0.Štyri. Päť . Wy = 0.45 x 150 kg x9.8 m/s2 x cos 15 ° = 639 n

F = wX + Fdotýkať sa = M.g. hriech α = 150 kg. 9.8 m/s2 . hriech 15 ° + 639 n =  1019.42 n

Rýchlosť a sila majú rovnaký smer a význam, preto:

P = F ● vložka = F. vložka

Vyžaduje sa na transformáciu jednotiek rýchlosti:

v = 5.0 km/ h = 1.39 m/ s

Výmena hodnôt, konečne dostanete:

P = 1019.42 n x 1.39 m/ s = 1417 w = 1.4 kW

Cvičenie 2

Motor znázornený na obrázku nahrá 2 kg blok, počnúc odpočinkom, s zrýchlením 2 m/s2 A za 2 sekundy.

Obrázok 4. Motor zvyšuje objekt do určitej výšky, pre ktorú je potrebné pracovať a rozvíjať energiu. Zdroj: f. Zapata.

Vypočítať:

a) Výška dosiahnutá v tom čase blokom.

b) Vývoj, ktorý musí motor vyvinúť, aby ho dosiahol.

Riešenie

a) Je to rovnomerne rozmanitý priamy pohyb, preto sa použijú zodpovedajúce rovnice s počiatočnou rýchlosťou 0. Dosiahnutá výška je daná:

y = ½ o2 = ½ . 2 m/s2 . (2 s)2 = 4 m.

b) Na nájdenie výkonu vyvinutého motorom je možné použiť rovnicu:

P = δW/δtón

A keďže sila, ktorá sa vyvíja na blok, je napätím v lane, ktoré je konštantné v veľkosti:

P = (ma).a/δT = 2 kg x 2 m/s2 x 4 m / 2 s = 8 w

Odkazy

  1. Figueroa, D. (2005). Séria: Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 2. Dynamika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
  2. Rytier, r.  2017. Fyzika pre vedcov a inžinierstvo: Strategický prístup.  Pearson.
  3. Fyzikálne librettexts. Moc. Získané z: Phys.Librettexts.orgán
  4. Kniha hypertextov fyziky. Moc. Obnovené z: fyziky.Info.
  5. Práca, energia a sila. Získané z: NCERT.Vhodný.v