Mechanisch vermogen Wat is, toepassingen, voorbeelden

De Mechanische kracht Het is het ritme waaraan het werk wordt gedaan, dat op een wiskundige manier wordt uitgedrukt voor de hoeveelheid werk die per tijdseenheid wordt gedaan. En omdat het werk wordt gedaan ten koste van geabsorbeerde energie, kan het ook worden verhoogd als energie per tijdseenheid.

Roeping P aan de macht, W werken, EN naar energie en T Tegelijkertijd kan al het bovenstaande worden samengevat in het gemakkelijk omgaan met wiskundige uitdrukkingen:

Figuur 1. De rodder Albatross, de 'vliegende fiets', stak het kanaal van La Mancha in de late jaren 1970 over en gebruikte alleen menselijke macht. Bron: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. Guloadrunner bij Engelse Wikipedia [Public Domain]

O goed:

De Power Units in het International System (SI), het systeem van universeel aangenomen eenheden, zijn de joule/Second of Watt, die is afgekort W. Het werd zo genoemd ter ere van de Schotse ingenieur James Watt (1736-1819), bekend om het hebben gemaakt van de stoommachine met een condensor, uitvinding die de industriële revolutie begon.

Andere stroomeenheden die in industrieën worden gebruikt, zijn HP (Paardenkracht of Power Horse) en de CV (stoompaard). De oorsprong van deze eenheden dateert ook uit James Watt en de industriële revolutie, toen het meetpatroon het ritme was waarmee een paard naar het werk.

Zowel de HP als de CV zijn gelijk aan ongeveer ¾ van kilo-W die nog steeds veel wordt gebruikt, vooral in werktuigbouwkunde, bijvoorbeeld bij de aanwijzing van motoren.

Watt-veelvouden, zoals de bovengenoemde kilo-w = 1000 W worden ook vaak gebruikt in elektriciteit. Het is omdat de joule een relatief kleine energie -eenheid is. Het Britse systeem maakt gebruik van Weegschaal-pie/tweede.

[TOC]

Wat zijn industrie- en energietoepassingen

Het vermogensconcept is van toepassing op alle soorten energie, of het nu mechanisch, elektrisch, chemisch, wind, sononisch of welke aard dan ook is. De tijd is erg belangrijk in de industrie, omdat de processen zo snel mogelijk moeten worden uitgevoerd.

Elke motor zal het nodige werk doen om voldoende tijd te hebben, maar het belangrijkste is om het in de kortst mogelijke tijd te doen, om de efficiëntie te verhogen.

Een zeer eenvoudige toepassing wordt onmiddellijk beschreven om het onderscheid tussen werk en macht goed te verduidelijken.

Stel dat een zwaar object wordt gestopt door een touw. Om dit te doen is een externe agent die het benodigde werk doet vereist. Laten we zeggen dat deze agent 90 J energie overbrengt naar het object-body-systeem, zodat het 10 seconden in beweging wordt ingesteld.

Kan u van dienst zijn: Cross Wave

In dit geval is de energieoverdrachtsnelheid 90 J/10 s of 9 J/s. Dan kunnen we bevestigen dat deze agent, een persoon of een motor een uitgangsvermogen van 9 W heeft.

Als een ander externe agent in staat is om dezelfde verplaatsing te bereiken, hetzij in minder tijd of minder energie over te dragen, dan is het in staat om meer kracht te ontwikkelen.

Een ander voorbeeld: Stel dat een energieoverdracht van 90 J, die het systeem 4 seconden kan verplaatsen. Het uitgangsvermogen zal 22 zijn.5 W.

Machineprestaties

Power is nauw verwant aan de prestaties. De energie die aan een machine wordt geleverd, wordt nooit volledig omgezet in nuttig werk. Een belangrijk onderdeel wordt meestal afgevoerd in warmte, wat afhankelijk is van vele factoren, bijvoorbeeld het machine -ontwerp.

Daarom is het belangrijk om de prestaties van de machines te kennen, die worden gedefinieerd als de verhouding tussen het geleverde werk en de geleverde energie:

η = werk geleverd door de geleverde machine/energie

Waar de Griekse teksten η Geeft de prestaties aan, een extra bedrag dat altijd minder is dan 1. Als u zich ook met 100 vermenigvuldigt, heeft u de prestaties in procentuele termen.

Voorbeelden

- Mensen en dieren ontwikkelen kracht tijdens voortbeweging. Bij het beklimmen van trappen is het bijvoorbeeld noodzakelijk om tegen de zwaartekracht te werken. Het vergelijken van twee mensen die een ladder opgaan, die eerst alle stappen omhoog gaat, hebben meer kracht ontwikkeld dan de andere, maar beide hebben hetzelfde werk gedaan.

- Apparaten en machines zijn gespecificeerd hun uitvoervermogen. Een geschikte gloeilamp om een ​​kamer te verlichten, heeft een kracht van 100 W. Dit betekent dat de lamp elektriciteit transformeert in licht en warmte (de meeste) met een snelheid van 100 J/s.

- De motor van een gras snoeien kan ongeveer 250 W consumeren en die van een auto bevindt zich in de orde van de 70 kW.

- Een zelfgemaakte waterpomp levert meestal 0.5 pk.

- De zon genereert 3.6 x 10 ²⁶ W kracht.

Kracht en snelheid

Direct vermogen wordt verkregen door een oneindige tijd te nemen: P = DW/DT. De kracht die wordt geproduceerd door het oorzakelijke werk van de kleine oneindige verplaatsing DX is F (beide zijn vectoren) daarom DW = F ● DX. Alles vervangen in de uitdrukking voor kracht, blijft:

Kan u van dienst zijn: centrifugale kracht: formules, hoe het wordt berekend, voorbeelden, oefeningen

Daarom kan vermogen ook worden uitgedrukt als het scalaire product tussen kracht en snelheid.

Menselijke kracht

Mensen zijn in staat om krachten van ongeveer 1500 w of 2 pk te genereren, althans voor een korte tijd, zoals het wegen van gewichten.

Gemiddeld is het dagelijkse vermogen (8 uur) 0.1 HP per persoon. Veel daarvan vertaalt zich in warmte, min of meer dezelfde hoeveelheid gegenereerd door een gloeilamp van 75 W.

Een atleet in training kan gemiddeld 0 genereren.5 pk equivalent aan ongeveer 350 J/s, door chemische energie (glucose en vet) te transformeren in mechanische energie.

Figuur 2. Een atleet ontwikkelt een gemiddelde kracht van 2 pk. Bron: Pixabay.

Als het gaat om menselijke kracht, heeft het meestal de voorkeur. De noodzakelijke gelijkwaardigheid is:

1 kilocaloria = 1 voedingscalorieën = 4186 j

Een kracht van 0.5 pk klinkt als een zeer kleine hoeveelheid, en het is voor veel toepassingen.

In 1979 werd echter een door mensen aangedreven fiets gemaakt die kon vliegen. Paul MacCready ontwierp de Gossamer Albatross, Dat kruiste het La Mancha -kanaal dat 190 W van gemiddelde uitgang genereerde (figuur 1).

Verdeling van elektrische energie

Een belangrijke toepassing is de verdeling van elektriciteit onder gebruikers. Bedrijven die elektriciteitsrekening leveren de verbruikte energie, niet het tarief waarmee deze wordt geconsumeerd. Dat is de reden waarom degenen die hun rekening aandachtig lezen, een zeer specifieke eenheid vinden: de kilowatt-hora of KW-h.

Wanneer de naam van Watt echter in dit apparaat is opgenomen, verwijst naar energie en niet naar de kracht.

De kilowatt-hora wordt gebruikt om het verbruik van elektriciteit aan te geven, omdat de joule, zoals eerder vermeld, een vrij kleine eenheid is: 1 watt-hora of w-h Het is het werk dat binnen 1 uur wordt gedaan door een kracht van 1 watt.

Daarom 1 kW-H Het is het werk dat wordt gedaan in een uur werken met een kracht van 1 kW of 1000 W. Laten we de cijfers plaatsen om deze bedragen door te geven aan joules:

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

1 kW-H = 1000 w x 3600 s = 3.6 x 10 ⁶ J

Naar schatting kan in een huis van ongeveer 200 kW-Hora per maand worden geconsumeerd.

Het kan u van dienst zijn: absolute druk: formule, hoe het wordt berekend, voorbeelden, oefeningen

Opdrachten

Oefening 1

Een boer gebruikt een tractor om een ​​hooi Paca van M = 150 kg op een 15 ° hellend vlak te trekken en naar de schuur te brengen, met constante snelheid van 5.0 km / h. De coëfficiënt van kinetische wrijving tussen de hooi fardo en de helling is 0.Vier vijf. Zoek het vermogen van de tractor.

Oplossing

Voor dit probleem is het noodzakelijk om een ​​vrij lichaamsdiagram te tekenen voor de hooikracht die op het hellende vlak omhoog gaat. Zijn F De kracht die de tractor aanbrengt om de Bundo te beklimmen, α = 15º is de hellingshoek.

Bovendien is de kinetische wrijvingskracht betrokken F_aanraken Dat verzet zich tegen de beweging, plus de normale N en het gewicht W (Verwar de W van het gewicht niet met die van werk).

figuur 3. Heo Fardo geïsoleerd lichaamsdiagram. Bron: f. Zapata.

De tweede wet van Newton biedt de volgende vergelijkingen:

∑ fx = f -w_X -F_aanraken = 0 (omdat de Bundo met constante snelheid stijgt)

∑fy = n - w_En = 0 (Er is geen beweging langs de X -as)

De kinetische wrijving wordt berekend door:

F_aanraken = Kinetische wrijvingscoëfficiënt x magnitude van de normaal

F_aanraken = 0.Vier vijf . WY = 0.45 x 150 kg x9.8 m/s2 x cos 15º = 639 n

F = W_X + F_aanraken = M.G. sin α = 150 kg. 9.8 m/s² . sin 15 º + 639 n =  1019.42 n

Snelheid en kracht hebben daarom dezelfde richting en betekenis,:

P = F ● v = F. v

Het is vereist om de snelheidseenheden te transformeren:

v = 5.0 km/ h = 1.39 m/ s

Waarden vervangen, krijgt u eindelijk:

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

Oefening 2

De motor die in de figuur wordt getoond, uploadt het blok van 2 kg, beginnend bij rust, met een versnelling van 2 m/s² en in 2 seconden.

Figuur 4. Een motor verheft een object naar een bepaalde hoogte, waarvoor het nodig is om werk te doen en kracht te ontwikkelen. Bron: f. Zapata.

Berekenen:

a) de hoogte die op dat moment door het blok is bereikt.

b) de kracht die de motor moet ontwikkelen om dit te bereiken.

Oplossing

a) Het is een uniform gevarieerde rechtlijnige beweging, daarom zullen de overeenkomstige vergelijkingen worden gebruikt, met initiële snelheid 0. De bereikte hoogte wordt gegeven door:

y = ½ bij² = ½ . 2 m/s² . (2 s)² = 4 m.

b) Om het door de motor ontwikkelde stroom te vinden, kan de vergelijking worden gebruikt:

P = δW/δT

En omdat de kracht die op het blok wordt uitgeoefend, door de spanning in het touw is, die constant in grootte is:

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

Referenties

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 2. Dynamisch. Uitgegeven door Douglas Figueroa (USB).
2. Ridder, r.  2017. Fysica voor wetenschappers en engineering: een strategiebenadering.  Pearson.
3. Physics Libhethexts. Stroom. Hersteld van: Phys.Librhetxts.borg
4. Het fysica hypertextboek. Stroom. Hersteld van: natuurkunde.Info.
5. Werk, energie en kracht. Hersteld van: ncert.Nek.in