Macht (Physik)

Wir erklären, was die Kraft, seine Formel, Einheiten, Kraftarten ist, und wir setzen gelöste Übungen ein

Die Kraft dieser Glühlampe beträgt 150 W. Je höher die Leistung, desto mehr Helligkeit erzeugt sie, aber der aktuelle Verbrauch ist größer

Was ist Physikkraft?

Der Leistung In der Physik ist es eine skalare Größenordnung, mit der die Geschwindigkeit angezeigt wird, mit der die Arbeit ausgeführt wird, oder es wird von Energie ausgegeben oder verbraucht. Es ist der Schlüsselfaktor bei der Bestimmung, wie effizient eine Maschinerie ist, sowie den Energieverbrauch zu optimieren.

Zum Beispiel kann ein Grasschneider die Aufgabe erledigen, das Gras in einer halben Stunde oder vielleicht in zwei Stunden zu schneiden. Natürlich entwickelt der Cutter, der den Job in kürzerer Zeit erledigt, größere Macht, weil er den gleichen Job schneller macht.

Im Allgemeinen wird die Macht ausgedrückt als:

Vorausgesetzt, eine Kraft verursacht eine Wirkung, wie z. B. das Verschieben eines Objekts, eine mechanische Arbeit, die der Energie entspricht. Wenn die in diesem Bereich verbrachte Zeit berücksichtigt wird, entsteht das Konzept der Macht.

Formeln

Erstens wird die durchschnittliche Leistung definiert_M, Als Verhältnis zwischen der geleisteten Arbeit ΔW und der Zeit ΔT, die es brauchte, um dies zu tun:

Im internationalen Einheitensystem wird die Leistung in gemessen Joule/Sekunde, Einheit namens Watt oder Watt, um den schottischen Ingenieur James Watt (1736-1819) zu ehren, der zur Entwicklung der Dampfmaschine beigetragen hat.

Andere Einheiten für Macht sind:

• Dampfpferd (Lebenslauf).
• Power Horse (HP oder Pferd Leistung).
• Ergios/Sekunde.
• Foo ∙ Waage/Sekunde.
• Kalorien/Sekunde.
• Kilograph/Sekunde.
• Btu/Stunde.

Einige Äquivalenzen treten unten auf:

• 1 PS = 550 Fuß ∙ Pfund/Sekunde = 745.7 W = 2545 btu/h

Die Kilovatio-Hora, die häufig in der Stromrechnung erscheint.

Sofortleistung P wird durch ein sehr kleines Zeitintervall berechnet. Wenn Sie Δt → 0 in der durchschnittlichen Leistung machen, verwandelt es sich in die momentane Kraft, die dann als die Arbeit aus der Arbeit in Bezug auf die Zeit ausgedrückt wird:

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Effizienz

Die Effizienz einer Maschinerie wird gemessen, indem die nützliche Arbeit mit der für die Implementierung erforderlichen Energie verglichen wird.

Es kommt vor, dass sich egal wie perfekt eine Maschinerie sich in nützliche Arbeit verwandeln wird. Wenn es mobile Teile gibt, ist die Reibung dafür verantwortlich, einen Teil in Hitze zu verwandeln, und eine andere wahrscheinlich im Klang, die nicht ausgenutzt werden.

Wie oben erläutert, bleibt die mechanische Effizienz ε bleibt:

Mit W_S Die Ausgangsarbeit und e_Und Die Eintrittsenergie. Durch Multiplizieren mit 100%wird der prozentuale Effizienz erhalten, der auch durch den Quotienten zwischen der Eingangsleistung p gefunden werden kann_Und und die Ausgangsleistung p_S:

Wenn eine Maschine beispielsweise eine Effizienz von 45% hat, wird dies bedeutet.

Kraftarten

Die Leistung kann durch verschiedene Arten von Kräften entwickelt werden, damit die mechanische Leistung, die mit mobilen Objekten verbunden ist, elektrische Leistung, Schall, Wärme und mehr.

Mechanische Kraft

Ein sich bewegendes Objekt entwickelt eine Leistung im Zusammenhang mit seiner Geschwindigkeit. Da die Arbeit als Skalarprodukt zwischen Kraft und Verschiebung definiert ist, tritt eine sofortige Kraft auf:

Wo:

Es ist eine infinitesimale Vertreibung. Wenn Sie sich an diese Geschwindigkeit erinnern, ist die Ableitung der Position in Bezug auf die Zeit:

Beim Ersetzen dieser Gleichung in der vorherigen wird er erhalten, dass die mechanische Leistung das skalare Produkt zwischen Kraft und Geschwindigkeitsvektor ist:

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Elektrische Energie

Es ist die Rate, zu der Energie eine Quelle oder Batterie liefert, einer bestimmten Ladung, die. Diese Lieferung kann nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit erfolgen, sodass eine durchschnittliche Leistung definiert ist:

Wobei V die Spannung und ΔT das Zeitintervall ist. Wenn der Strom und die Spannung im Laufe der Zeit konstant sind, ist der Strom:

I = q/Δt

Und die Kraft ist auch konstant und drückt sich als:

P = i ∙ v

Schallkraft

Schallwellen transportieren Energie, während sie sich ausbreiteten, dank des Drucks auf die Partikel des Mediums. Für sie wird das Konzept der Schallintensität verwendet, nämlich die Leistung pro Flächeneinheit, die in w/m gemessen wird² an sich:

Die Gesamtleistung wird durch das Integral auf der S -Oberfläche berechnet:

Die Oberfläche könnte zum Beispiel ein Radius r sein.

Wärmekraft

Es ist die Geschwindigkeit, mit der ein bestimmtes System Energie in Form von Wärme freigibt:

Stefan-Boltzmann-Gesetz

Für die Wärme, die durch Strahlung übertragen wird, ist das Stefan-Boltzmann-Gesetz gültig:

Wo:

• T ist die Temperatur in Kelvin.
• σ ist Stefan-Boltzmanns Konstante: σ = 5.67 × 10⁸ W/(m)² K⁴).
• Das Emissionsgrad des Materials ist E, dessen Wert zwischen 0 und 1 liegt und für jedes Material typisch ist.
• A ist die Oberfläche des Körpers.

Beispiele für Macht in der Physik

Klimaanlagen und Heizung

Klima- und Heizgeräte werden durch ihre Leistung klassifiziert. Hersteller und Designer verfügen über empirische Formeln, um die Leistung zu berechnen, die ein Gerät richtig heilen muss, um einen Raum mit bestimmten Abmessungen zu heilen.

Glühbirne

Die Menschen werden normalerweise von der Kraft einer elektrischen Glühbirne geleitet, um zu wissen, wie brillant sie ist.

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Haushaltsgeräte

Alle Geräte geben in ihren Etiketten die Leistung an, die sie verbrauchen, um ihre Funktion zu erfüllen.

Maschinen

Maschinen im Allgemeinen, wie zum Beispiel Krane, werden nach der Leistung eingestuft, die sie entwickeln, um Pesos zu heben.

Mechanische Lüfter für Patienten auf der Intensivstation

Die Leistung eines mechanischen Lüfters für die intensive Versorgung wird sorgfältig überwacht, um Patient -Lungenläsionen zu vermeiden.

Übungen

Übung 1

Ein Mädchen isst täglich das Äquivalent von 8.4 × 10⁶ J, um Ihr Gewicht konstant zu halten. Wie viel kostet die durchschnittliche Leistung, die sich auf dem neuesten Stand entwickelt??

Lösung

Die durchschnittliche Leistung ist die Arbeit pro Zeiteinheit. Wenn das Mädchen ihr ständiges Gewicht beibehält, verbringt sie die gesamte Energie des Essens, um nützliche Arbeit zu leisten. Eines Tages haben Sie 24 Stunden, gleichwertig in Sekunden zu:

1 Tag = 24 h = 86400 s

Übung 2

Ein Sportwagen, dessen Masse 1500 kg beträgt, kann in 5 von 0 bis 90 km/h beschleunigen.0 s. Welche durchschnittliche Leistung ist erforderlich, um diese Beschleunigung zu erreichen?

Lösung

Die Formel für mechanische Leistung wird verwendet:

Die Kraft wird durch Newtons zweites Gesetz berechnet:

Die durchschnittliche Beschleunigung des Autos unter der Annahme, dass die Bewegung einheitlich unterschiedlich geradlinig ist, beträgt:

Vor dem Ersetzen wird eine Umwandlung von Einheiten durchgeführt:

90 km/h = 25 m/s

Die Stärke und Verschiebung liegt in der gleichen Richtung. Daher ist die Leistung einfach das Produkt der Größe der Kraft durch die Durchschnittsgeschwindigkeit:

Strom ersetzen:

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