MECHANINĖ GALIA: KAS TAI YRA, PROGRAMOS, PAVYZDŽIAI - FIZINIS - 2025

Mechaninė galia yra norma, pagal kurią darbas, kuris išreiškiamas matematiškai pagal darbo kiekį padaryta per laiko vienetą yra atliekamas. Kadangi darbas atliekamas sugertos energijos sąskaita, tai taip pat galima nurodyti kaip energiją per laiko vienetą.

Kreipimasis P į valdžią, W į darbą, E į energiją ir t laiką: visa tai, kas išdėstyta pirmiau, gali būti apibendrinta lengvai naudojamomis matematinėmis išraiškomis:

1 paveikslas. „Gossamer Albatross“, „skraidantis dviratis“, aštuntojo dešimtmečio pabaigoje kirto Lamanšo sąsiaurį, naudodamas tik žmogaus jėgą. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. „Gossamer Albatross“. „Guroadrunner“ angliškoje Vikipedijoje

O gerai:

Jis buvo pavadintas škotų inžinieriaus James Watt (1736-1819), žinomo sukūrus kondensatoriaus garo variklį, garbei, išradimas, kuris pradėjo pramonės revoliuciją.

Kiti pramonėje naudojami galios agregatai yra AG (arklio galia arba arklio galia) ir CV (arklio galia). Šių vienetų kilmė taip pat datuojama James Watt ir Pramonės revoliucija, kai matavimo standartas buvo greitis, kuriuo arklys dirbo.

Tiek hp, tiek CV yra maždaug lygus ¾ kilo-W ir vis dar plačiai naudojami, ypač mechanikos inžinerijoje, pavyzdžiui, varikliams žymėti.

Elektros energijai taip pat dažnai naudojami vatos kartotiniai, tokie kaip minėtasis kilo-W = 1000 W. Taip yra todėl, kad džaulis yra palyginti mažas energijos vienetas. Britanijos sistema naudoja svarą pėdų per sekundę.

Kas tai susideda ir taikymai pramonėje ir energetikoje

Galios sąvoka taikoma visų rūšių energijai, nesvarbu, ar tai būtų mechaninė, elektrinė, cheminė, vėjo, garso ar bet kurios rūšies energija. Laikas pramonėje yra labai svarbus, nes procesai turi vykti kuo greičiau.

Bet kuris variklis atliks reikiamą darbą tol, kol turės pakankamai laiko, tačiau svarbu tai padaryti kuo greičiau, kad padidintumėte efektyvumą.

Tuoj pat aprašoma labai paprasta programa, kad būtų galima aiškiai atskirti darbą ir galią.

Tarkime, sunkų daiktą traukia virvė. Norint tai padaryti, reikia išorės agento, kuris atliktų reikiamą darbą. Sakykime, kad šis agentas perduoda 90 J energijos į objektų-styginių sistemą taip, kad ji būtų pajudėta 10 sekundžių.

Tokiu atveju energijos perdavimo greitis yra 90 J / 10 s arba 9 J / s. Tada galime patvirtinti, kad šio agento, žmogaus ar variklio, išėjimo galia yra 9 W.

Jei kitas išorinis agentas gali pasiekti tą patį poslinkį per trumpesnį laiką arba perkeldamas mažiau energijos, tada jis gali sukurti didesnę galią.

Kitas pavyzdys: tarkime, kad energijos perdavimas yra 90 J, kuris sugeba įjungti sistemą 4 sekundes. Išėjimo galia bus 22,5 W.

Mašinos veikimas

Jėga yra glaudžiai susijusi su atlikimu. Į mašiną tiekiama energija niekada nėra visiškai paverčiama naudingu darbu. Svarbi dalis paprastai išsiskiria šilumoje, kuri priklauso nuo daugelio veiksnių, pavyzdžiui, mašinos konstrukcijos.

Štai kodėl svarbu žinoti mašinų efektyvumą, kuris apibūdinamas kaip atlikto darbo ir tiekiamos energijos santykis:

Kai graikiška raidė η žymi derlių, be matmens dydis visada yra mažesnis nei 1. Jei jis taip pat padauginamas iš 100, išeiga nurodoma procentais.

Pavyzdžiai

- Žmonės ir gyvūnai judėjimo metu lavina jėgą. Pavyzdžiui, norint laipioti laiptais reikia dirbti prieš sunkumą. Palyginus du žmones, lipančius kopėčiomis, tas, kuris laipiuoja visus žingsnius pirmas, turės daugiau galios nei kitas, tačiau abu atliko tą patį darbą.

- Buitinių prietaisų ir mašinų išėjimo galia yra nurodyta. Kambarinio šulinio apšvietimui tinkamos kaitrinės lemputės galia yra 100 W. Tai reiškia, kad lemputė elektrinę energiją paverčia šviesa ir šiluma (didžiąją jos dalį) 100 J / s greičiu.

- Vejapjovės variklis gali sunaudoti apie 250 W, o automobilio - apie 70 kW.

- Namų vandens siurblys paprastai tiekia 0,5 AG.

- Saulė sukuria 3,6 x 10 ²⁶ W galios.

Galia ir greitis

Momentinė galia gaunama imant neribotą laiką: P = dW / dt. Jėga, kuri gamina darbą sukelia nedidelį begalybės tūris r x yra M (abu vektoriai), todėl DW = F r x . Viską išrašant apie galią, lieka:

Žmogaus galia

Žmonės bent trumpam gali sukurti maždaug 1500 W arba 2 arklio galių galią, pavyzdžiui, kelti svorius.

Vidutiniškai dienos galia (8 valandos) yra 0,1 AG vienam asmeniui. Didžioji jų dalis virsta šiluma, maždaug tiek pat, kiek sukuria 75 W kaitrinė lemputė.

Treniruotėse sportininkas gali generuoti vidutiniškai 0,5 AG, maždaug ekvivalentišką 350 J / s, paversdamas cheminę energiją (gliukozę ir riebalus) mechanine energija.

2 pav. Sportininkas išvysto vidutinę 2 AG galią. Šaltinis: „Pixabay“.

Kalbant apie žmogaus galią, dažniausiai verčiau matuoti ne vatus, o kalorijas per valandą. Būtinas lygiavertiškumas yra:

0,5 AG galia skamba kaip labai maža suma, ir ji naudojama daugeliui programų.

Tačiau 1979 m. Buvo sukurtas žmogaus varomas dviratis, kuris galėjo skristi. Paulius MacCready suprojektavo „Gossamer Albatross“, kuris kirto Lamanšo sąsiaurį ir sukuria 190 W vidutinę galią (1 paveikslas).

Elektros energijos pasiskirstymas

Svarbus pritaikymas yra elektros energijos paskirstymas tarp vartotojų. Elektros energiją tiekiančios įmonės sąskaitą už suvartotą energiją, o ne už sunaudotą energiją. Štai kodėl tie, kurie atidžiai skaito jūsų sąskaitą, ras labai specifinį vienetą: kilovatvalandę arba kW-h.

Tačiau kai į šį įrenginį įtrauktas vardas Watt, jis reiškia energiją, o ne galią.

Kilovatvalandė naudojama elektros energijos suvartojimui nurodyti, nes džaulis, kaip minėta anksčiau, yra gana mažas vienetas: 1 vatvalandė arba Wh yra darbas, atliekamas per 1 valandą, naudojant 1 vatą.

Todėl 1 kW-h yra darbas, kuris atliekamas per valandą, naudojant 1kW arba 1000 W galią. Parašykime skaičius, kad šias sumas konvertuotume į džaulius:

Manoma, kad namų ūkis gali sunaudoti apie 200 kW-valandų per mėnesį.

Pratimai

1 pratimas

Ūkininkas traktoriu traukia šieno, kurio M = 150 kg, ryšulį per 15 ° pasvirusią plokštumą ir į tvartą pastoviu 5,0 km / h greičiu. Tarp šieno rulono ir skardos kinetinės trinties koeficientas yra 0,45. Raskite traktoriaus galią.

Sprendimas

Norėdami išspręsti šią problemą, turite nubrėžti laisvo kūno schemą šieno rulonui, kuris kyla į šlaitą. Tegul F yra traktoriaus jėga, pakelianti ruloną, α = 15º yra pasvirimo kampas.

Be to, kinetinė trinties jėga f _trinties , kad nepritaria judėjimą dalyvauja, plius normalus N , o svoris W (nepainiokite su svorio W su tuo šį darbą).

3 pav. Šieno rulono kūno schema. Šaltinis: F. Zapata.

Antrasis Niutono dėsnis siūlo šias lygtis:

Greitis ir jėga turi tą pačią kryptį ir prasmę, todėl:

Būtina pakeisti greičio vienetus:

Pakeisdami vertybes, galiausiai gauname:

2 pratimas

Paveiksle pavaizduotas variklis pakels 2 kg bloką, pradedant nuo poilsio, 2 m / s ² pagreičiu ir per 2 sekundes.

4 paveikslas. Variklis pakelia daiktą į tam tikrą aukštį, dėl kurio reikia dirbti ir lavinti galią. Šaltinis: F. Zapata.

Apskaičiuoti:

a) bloko pasiektas aukštis per tą laiką.

b) Galia, kurią variklis turi išvystyti, kad tai pasiektų.

Sprendimas

a) Tai yra tolygiai keičiamas tiesinis judesys, todėl bus naudojamos atitinkamos lygtys, kurių pradinis greitis yra 0. Pasiektas aukštis pateikiamas taip:

b) Norint rasti variklio išvystytą galią, galima naudoti lygtį:

Ir kadangi jėga, veikiama bloko, vyksta per stygos tempimą, kuris yra pastovus dydžiu:

P = (ma) .y / Δt = 2 kg x 2 m / s ² x 4 m / 2 s = 8 W

Nuorodos

1. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika mokslui ir inžinerijai. 2 tomas. Dinamika. Redagavo Douglas Figueroa (USB).
2. Knight, R. 2017. Fizika mokslininkams ir inžinerijai: strategijos metodas. Pearsonas.
3. Fizikos libretekstai. Galia. Atkurta iš: fiz.libretexts.org
4. Fizikos hiperteksto knyga. Galia. Atkurta iš: fizika.info.
5. Darbas, energija ir galia. Gauta iš: ncert.nic.in