Power (fysica)

We leggen uit wat de kracht, zijn formule, eenheden, soorten kracht is en we hebben opgeloste oefeningen geplaatst

De kracht van deze gloeilamp is 150 W. Hoe hoger de kracht, hoe meer helderheid het produceert, maar het huidige verbruik is groter

Wat is fysica -kracht?

De stroom In de natuurkunde is het een scalaire grootte die wordt gebruikt om de snelheid aan te geven waarmee werk wordt gedaan, of wordt het door energie afgezien of geconsumeerd. Het is de belangrijkste factor om te bepalen hoe efficiënt een machine is, en om het energieverbruik te optimaliseren.

Een grassnijder kan bijvoorbeeld het werk doen om het gras in een half uur of misschien in twee uur te snijden. Het is duidelijk dat de snijder die het werk in minder tijd doet, een grotere macht ontwikkelt, omdat hij dezelfde werk sneller doet.

Over het algemeen wordt de macht uitgedrukt als:

Op voorwaarde dat een kracht een actie veroorzaakt, zoals het verplaatsen van een object, een mechanische taak doet die gelijk is aan energie. Wanneer de tijd die hierin wordt doorgebracht, wordt overwogen, ontstaat het concept van macht.

Formules

Ten eerste is het gemiddelde vermogen gedefinieerd_M, als de verhouding tussen de hoeveelheid werk die AW en de tijd AT heeft gedaan die nodig was om het te doen:

In het internationale systeem van eenheden wordt de stroom gemeten in Joule/tweede, Unit genaamd Watt of Watt, ter ere van de Schotse ingenieur James Watt (1736-1819), die heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van de stoommotor.

Andere eenheden voor macht zijn:

• Stoompaard (CV).
• Power Horse (HP of Paard Stroom)).
• Ergios/tweede.
• Foo ∙ Weegschaal/tweede.
• Calorieën/tweede.
• Kilograaf/tweede.
• Btu/uur.

Sommige equivalenties komen hieronder voor:

• 1 pk = 550 voet ∙ pond/tweede = 745.7 W = 2545 Btu/H

De Kilovatio-Hora die vaak in de elektriciteitsrekening verschijnt, is geen vermogenseenheid, maar van energie, evenals de BTU of Britse thermische eenheid, een eenheid die veel wordt gebruikt op het gebied van koeling en de airconditioners.

Direct vermogen P wordt berekend door een zeer klein tijdsinterval te nemen. Het maken van Δt → 0 in het gemiddelde vermogen verandert het in het momentane vermogen, dat vervolgens wordt uitgedrukt als het werk dat is afgeleid van werk met betrekking tot tijd:

Het kan je van dienst zijn: natuurkunde voor de Grieken (Antigua Griekenland)

Efficiëntie

De efficiëntie van een machines wordt gemeten door het nuttige werk te vergelijken dat het doet met de energie die nodig is om het te implementeren.

Het gebeurt dat het niet uitmaakt hoe perfect een machine nooit zal veranderen in nuttig werk alle verstrekte energie. Wanneer er mobiele stukken zijn, is wrijving verantwoordelijk voor het transformeren van een deel in hitte en een andere waarschijnlijk in geluid, waar niet van wordt geprofiteerd.

Zoals hierboven uitgelegd, blijft mechanische efficiëntie ε over:

Met W_S Het outputwerk en e_En De Entry Energy. Door met 100%te vermenigvuldigen, wordt het percentage -efficiëntie verkregen, dat ook kan worden gevonden door het quotiënt tussen het invoervermogen P_En en het uitgangsvermogen P_S:

Als een machine bijvoorbeeld een efficiëntie van 45% heeft, betekent dit dat slechts 45% van de bijgedragen energie wordt gebruikt voor het doel van de machine en de resterende 55% verloren gaat in warmte, geluid of andere vorm van energie.

Soorten kracht

Het vermogen kan worden ontwikkeld door verschillende soorten krachten, dus het mechanische vermogen, geassocieerd met mobiele objecten, elektrische kracht, geluid, thermisch en meer.

Mechanische kracht

Een bewegend object ontwikkelt een kracht met betrekking tot zijn snelheid. Omdat het werk wordt gedefinieerd als het scalaire product tussen kracht en verplaatsing, treedt een onmiddellijke kracht op door:

Waar:

Het is een oneindigimale verplaatsing. Onthouden dat snelheid de afgeleide van de positie is ten opzichte van de tijd:

Bij het vervangen van deze vergelijking in de vorige, wordt verkregen dat mechanisch vermogen het scalaire product is tussen de kracht- en snelheidsvector:

Het kan u van dienst zijn: Vrij herfst: concept, vergelijkingen, opgeloste oefeningen

Elektrische energie

Het is de snelheid waarmee energie een bron of batterij levert, tot een specifieke lading die. Deze levering mag niet met een constante snelheid worden gedaan, dus wordt een gemiddeld vermogen gedefinieerd:

Waarbij v de spanning is en Δt het tijdsinterval is. Als de stroom en spanning in de loop van de tijd constant zijn, is de stroom:

I = q/Δt

En de kracht is ook constant en uitdrukt zich als:

P = i ∙ v

Geluidskracht

Geluidsgolven transporteren energie terwijl ze zich verspreiden, dankzij de druk op de deeltjes van het medium. Voor hen wordt het concept van geluidsintensiteit gebruikt, wat het vermogen is per eenheid van het gebied, dat wordt gemeten in w/m² per se:

Het totale vermogen wordt berekend door de integrale op het S -oppervlak:

Het oppervlak kan bijvoorbeeld een straal zijn r.

Thermische kracht

Het is de snelheid waarmee een bepaald systeem energie vrijgeeft in de vorm van warmte:

Stefan-Boltzmann Law

Voor de warmte die wordt overgedragen door straling, is de Stefan-Boltzmann-wet geldig:

Waar:

• T is de temperatuur in Kelvin.
• σ is de constante van Stefan-Boltzmann: σ = 5.67 × 10⁸ W/(m² K⁴)).
• De emissiviteit van het materiaal is E, waarvan de waarde tussen 0 en 1 ligt en typisch is voor elk materiaal.
• A is het oppervlak van het lichaam.

Voorbeelden van kracht in de natuurkunde

Airconditioners en verwarming

Airconditioning en verwarmingsapparatuur worden geclassificeerd door hun kracht. Fabrikanten en ontwerpers hebben empirische formules om het vermogen te berekenen dat een apparatuur moet moeten genezen om een ​​kamer met bepaalde afmetingen goed te genezen.

Gloeilampen

Mensen worden meestal geleid door de kracht van een elektrische bol om te weten hoe briljant het is.

Kan u van dienst zijn: Watt Law: wat is voorbeelden, aanvragen

Huishoudelijke apparaten

Alle apparaten geven in hun labels de kracht die ze consumeren aan om hun functie te vervullen.

Machines

Machines in het algemeen, zoals bijvoorbeeld kranen, worden geclassificeerd volgens de kracht die ze ontwikkelen om pesos op te tillen.

Mechanische fans voor patiënten op de ICU

De kracht van een mechanische ventilator voor de intensive care wordt zorgvuldig gecontroleerd om longlaesies van de patiënt te voorkomen.

Opdrachten

Oefening 1

Een meisje eet dagelijks het equivalent van 8.4 × 10⁶ J om uw gewicht constant te houden. Hoeveel is de gemiddelde kracht die zich up -to -date ontwikkelt?

Oplossing

Het gemiddelde vermogen is het werk dat per tijdseenheid is gedaan. Als het meisje haar constante gewicht handhaaft, besteedt ze alle energie van het voedsel om nuttig werk te doen. Op een dag heb je 24 uur, equivalent in seconden aan:

1 dag = 24 uur = 86400 s

Oefening 2

Een sportwagen waarvan de massa 1500 kg is in staat om te versnellen van 0 tot 90 km/u in 5.0 s. Welk gemiddelde vermogen is vereist om deze versnelling te bereiken?

Oplossing

De formule voor mechanisch vermogen wordt gebruikt:

De kracht wordt berekend door de tweede wet van Newton:

De gemiddelde versnelling van de auto, ervan uitgaande dat de beweging uniform gevarieerd is, is:

Voordat u wordt vervangen, wordt een conversie van eenheden uitgevoerd:

90 km/h = 25 m/s

De sterkte en verplaatsing bevinden zich in dezelfde richting, daarom is het vermogen eenvoudigweg het product van de grootte van de kracht door de gemiddelde snelheid:

Vervangen in kracht:

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