Mechanische Leistung Was ist, Anwendungen, Beispiele

Der Mechanische Kraft Es ist der Rhythmus, zu dem die Arbeit erledigt ist und auf mathematische Weise für die Menge an Arbeit pro Zeiteinheit ausgedrückt wird. Und da die Arbeit auf Kosten der absorbierten Energie erledigt ist, kann sie auch als Energie pro Zeiteinheit angehoben werden.

Berufung P antreiben, W arbeiten, UND zu Energie und T Gleichzeitig kann all das oben zusammengefasst werden, um mathematische Ausdrücke leicht zu handhaben:

Abbildung 1. Der Gossamer Albatross, das "fliegende Fahrrad", überquerte Ende der 1970er Jahre den Kanal von La Mancha mit nur menschlicher Macht. Quelle: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. Guroadrunner bei English Wikipedia [Public Domain]

Ach ja:

Die Power -Einheiten im Internationalen System (SI), das das System der universell verabschiedeten Einheiten ist, sind die Joule/Sekunde oder Watt, die abgekürzt wird. Es wurde somit zu Ehren des schottischen Ingenieurs James Watt (1736-1819) benannt, der dafür bekannt ist.

Andere in der Branche verwendete Krafteinheiten sind HP (Pferdestärke oder Kraftpferd) und der Lebenslauf (Dampfpferd). Der Ursprung dieser Einheiten stammt auch auf James Watt und die industrielle Revolution, als das Messmuster der Rhythmus war, mit dem ein Pferd in Richtung Arbeit ist.

Sowohl die HP als auch der Lebenslauf entsprechen ungefähr ¾ kilo-w, die immer noch viel verwendet werden, insbesondere im Maschinenbau, beispielsweise bei der Bezeichnung von Motoren.

Watt Multiples, wie die oben genannten Kilo-W = 1000 W, werden auch häufig in Elektrizität verwendet. Es liegt daran, dass die Joule eine relativ kleine Energieeinheit ist. Das britische System verwendet die Waage-Pie/Sekunde.

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Was sind Industrie- und Energieanwendungen?

Das Leistungskonzept gilt für alle Arten von Energie, sei es mechanisch, elektrisch, chemisch, wind, sononisch oder irgendeiner Art. Die Zeit ist in der Branche sehr wichtig, da die Prozesse so schnell wie möglich ausgeführt werden müssen.

Jeder Motor erledigt die notwendige Arbeit, um genügend Zeit zu haben, aber das Wichtigste ist, dies in kürzester Zeit zu tun, um die Effizienz zu steigern.

Eine sehr einfache Anwendung wird sofort beschrieben, um die Unterscheidung zwischen Arbeit und Machtbrunnen zu klären.

Angenommen, ein schweres Objekt wird durch ein Seil gestoppt. Dazu ist ein externer Agent, der die erforderlichen Arbeiten ausführt. Nehmen wir an, dieser Agent überträgt 90 J Energie in das Objektkörpersystem, damit er 10 Sekunden lang in Bewegung eingestellt ist.

Kann Ihnen dienen: Kreuzwelle

In diesem Fall beträgt die Energieübertragungsrate 90 J/10 s oder 9 J/s. Dann können wir bestätigen, dass dieser Agent, eine Person oder ein Motor eine Leistung von 9 W hat.

Wenn ein anderer externer Agent entweder in kürzerer Zeit die gleiche Verschiebung erreichen kann oder weniger Energie überträgt, kann es eine größere Leistung entwickeln.

Ein weiteres Beispiel: Angenommen, eine Energieübertragung von 90 J, die es schafft, das System 4 Sekunden lang zu bewegen. Die Ausgangsleistung beträgt 22.5 w.

Maschinenleistung

Macht ist eng mit der Leistung verbunden. Die Energie, die einer Maschine geliefert wird, wird nie vollständig in nützliche Arbeit verwandelt. Ein wichtiger Teil wird normalerweise in der Wärme abgelöst, was von vielen Faktoren abhängt, zum Beispiel das Maschinendesign.

Aus diesem Grund ist es wichtig, die Leistung der Maschinen zu kennen, was als Verhältnis zwischen den gelieferten Arbeiten und der gelieferten Energie definiert ist:

η = Arbeit, die durch die gelieferte Maschine/Energie geliefert wird

Wo die griechischen Texte η Bezeichnet die Leistung, eine zusätzliche Menge, die immer weniger als 1 ist. Wenn Sie sich auch mit 100 multiplizieren, haben Sie die Leistung in Prozentsatz.

Beispiele

- Menschen und Tiere entwickeln während der Fortbewegung Macht. Zum Beispiel ist es notwendig, gegen die Schwerkraft zu arbeiten. Der Vergleich von zwei Personen, die eine Leiter hinaufgehen, die zuerst alle Schritte steigt, wird mehr Macht entwickelt als die andere, aber beide haben den gleichen Job gemacht.

- Geräte und Maschinen werden ihre Ausgangsleistung angegeben. Eine angemessene Glühbirne zum Beleuchtung eines Raumbrunnens hat eine Kraft von 100 W. Dies bedeutet, dass die Glühbirne Strom in Licht und Wärme (die meisten) mit einer Geschwindigkeit von 100 J/s umwandelt.

- Der Motor eines Grasbeschnittenes kann etwa 250 W konsumieren und der eines Autos befindet sich in der Größenordnung der 70 kW.

- Eine hausgemachte Wasserpumpe liefert normalerweise 0.5 PS.

- Die Sonne erzeugt 3.6 x 10 ²⁶ W Kraft.

Kraft und Geschwindigkeit

Sofortige Kraft wird durch Annahme einer Infinitesimalzeit erhalten: P = DW/DT. Die Kraft, die durch die ursächliche Arbeit der kleinen infinitesimalen Verschiebung erzeugt wird DX Ist F (beide sind Vektoren), deshalb dw = F ● DX. Ersetzen Sie alles im Ausdruck für die Leistung, bleibt:

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Daher kann die Leistung auch als Skalarprodukt zwischen Kraft und Geschwindigkeit ausgedrückt werden.

Menschliche Kraft

Die Menschen können zumindest für kurze Zeit Kräfte von etwa 1500 W oder 2 PS erzeugen, z. B. Gewichtsgewicht.

Im Durchschnitt beträgt die tägliche Leistung (8 Stunden) 0.1 PS pro Person. Vieles davon führt zu Wärme, mehr oder weniger die gleiche Menge, die durch eine Glühlampe von 75 W erzeugt wird.

Ein Athlet im Training kann durchschnittlich 0 erzeugen.5 PS entspricht ungefähr 350 J/s durch Umwandlung der chemischen Energie (Glukose und Fett) in mechanische Energie.

Figur 2. Ein Athlet entwickelt eine durchschnittliche Leistung von 2 PS. Quelle: Pixabay.

Wenn es um menschliche Macht geht, wird es normalerweise bevorzugt. Die notwendige Äquivalenz ist:

1 Kilokalorie = 1 Ernährungskalorie = 4186 J

Eine Kraft von 0.5 PS klingt nach einer sehr geringen Menge, und es ist für viele Anwendungen.

1979 wurde jedoch ein vom Menschen angetriebenes Fahrrad geschaffen, das fliegen konnte. Paul MacCready hat das entworfen Gossamer Albatross, Das überquerte den La Mancha -Kanal, der 190 W der durchschnittlichen Ausgabe erzeugte (Abbildung 1).

Verteilung der elektrischen Energie

Eine wichtige Anwendung ist die Stromverteilung unter den Benutzern. Unternehmen, die Strom liefern. Deshalb werden diejenigen, die ihre Rechnung sorgfältig lesen.

Wenn sich jedoch der Name Watt in dieser Einheit auf Energie und nicht auf die Leistung bezieht.

Die Kilowatt-Hora wird verwendet, um den Stromverbrauch anzuzeigen, da der Joule, wie bereits erwähnt, eine ziemlich kleine Einheit ist: 1 Watt-Hora oder W-H Es ist die Arbeit in 1 Stunde durch eine Kraft von 1 Watt.

Deshalb 1 kW-h Es ist die Arbeit, die in einer Stunde erledigt wird, die mit einer Kraft von 1 kW oder 1000 W arbeitet. Legen wir die Zahlen ein, um diese Beträge an Joule zu übergeben:

1 W-H = 1 W x 3600 s = 3600 J

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

Es wird geschätzt, dass in einem Haus etwa 200 kW-Hora pro Monat konsumiert werden kann.

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Übungen

Übung 1

Ein Landwirt verwendet einen Traktor, um ein Heu -Paca von M = 150 kg auf einer 15 ° -geneigten Ebene zu ziehen und sie mit konstanter Geschwindigkeit von 5 in die Scheune zu bringen.0 km / h. Der Koeffizient der kinetischen Reibung zwischen dem Heu Fardo und der Rampe beträgt 0.Vier fünf. Finden Sie die Traktorausgangsleistung.

Lösung

Für dieses Problem ist es notwendig, ein freies Körperdiagramm für das Heu -Fardo zu zeichnen, das auf der geneigten Ebene steigt. Sei F Die Kraft, die den Traktor zum Aufstieg des Bundos anwendet, ist der Neigungswinkel, α = 15º.

Darüber hinaus ist die kinetische Reibungskraft beteiligt F_berühren das widersetzt sich der Bewegung und dem Normalen N und das Gewicht W (Verwechseln Sie das Gewicht nicht mit dem der Arbeit).

Figur 3. Heo Fardo isoliertes Körperdiagramm. Quelle: f. Zapata.

Das zweite Gesetz von Newton bietet die folgenden Gleichungen:

∑ fx = f -w_X -F_berühren = 0 (Da der Bundo mit konstanter Geschwindigkeit steigt)

∑fy = n - w_Und = 0 (Es gibt keine Bewegung entlang der x -Achse)

Die kinetische Reibung wird berechnet durch:

F_berühren = Kinetischer Reibungskoeffizient x Größe des Normalen

F_berühren = 0.Vier fünf . Wy = 0.45 x 150 kg x9.8 m/s2 x cos 15º = 639 n

F = w_X + F_berühren = M.G. Sünde α = 150 kg. 9.8 m/s² . Sünde 15 º + 639 n =  1019.42 n

Geschwindigkeit und Stärke haben daher die gleiche Richtung und Bedeutung, daher:

P = F ● v = F. v

Es ist erforderlich, die Geschwindigkeitseinheiten zu transformieren:

v = 5.0 km/ h = 1.39 m/ s

Wenn Sie Werte ersetzen, erhalten Sie endlich:

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

Übung 2

Der in der Abbildung gezeigte Motor lädt den 2 -kg -Block aus der Ruhe hoch, mit einer Beschleunigung von 2 m/s² und in 2 Sekunden.

Figur 4. Ein Motor erhöht ein Objekt auf eine bestimmte Höhe, für die es notwendig ist, zu arbeiten und Strom zu entwickeln. Quelle: f. Zapata.

Berechnung:

A) Die Höhe des Blocks zu dieser Zeit erreicht.

b) die Leistung, die sich der Motor entwickeln muss, um dies zu erreichen.

Lösung

a) Es handelt sich um eine gleichmäßig unterschiedliche geradlinige Bewegung, daher werden die entsprechenden Gleichungen mit Anfangsgeschwindigkeit 0 verwendet. Die erreichte Höhe ist gegeben durch:

y = ½ bei² = ½ . 2 m/s² . (2 s)² = 4 m.

b) Um die vom Motor entwickelte Leistung zu finden, kann die Gleichung verwendet werden:

P = δW/δT

Und da die auf dem Block ausgeübte Kraft durch die Spannung im Seil erfolgt, was in der Größe konstant ist:

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

Verweise

1. Figueroa, d. (2005). Serie: Physik für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Band 2. Dynamisch. Herausgegeben von Douglas Figueroa (USB).
2. Ritter, r.  2017. Physik für Wissenschaftler und Ingenieurwesen: Ein Strategieansatz.  Pearson.
3. Physiklibrettexte. Leistung. Erholt von: phys.Librettexts.Org
4. Das Physik -Hypertextbuch. Leistung. Erholt von: Physik.Die Info.
5. Arbeit, Energie und Kraft. Erholt von: ncert.Nic.In