FYYSINEN VOIMA: KAAVAT, TEHOTYYPIT JA ESIMERKIT - FYYSINEN - 2026

Fyysinen voima viittaa työn määrä (tai kulutettu energia) aikayksikköä kohti. Voima on skalaarinen suuruus, sen mittayksikkö kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä on joule sekunnissa (J / s), joka tunnetaan nimellä Watt James Wattin kunniaksi.

Toinen melko yleinen mittayksikkö on perinteinen hevosvoima. Fysiikassa tutkitaan erityyppisiä voimatyyppejä: muun muassa mekaanista voimaa, äänitehoa, lämpöarvoa. Yleensä on intuitiivinen käsitys tehon merkityksestä. Siihen liittyy yleensä suurempi teho, suurempi kulutus.

Siten lamppu kuluttaa enemmän sähköenergiaa, jos sen teho on suurempi; Sama pätee hiustenkuivaajaan, jäähdyttimeen tai henkilökohtaiseen tietokoneeseen.

Tästä syystä on tarpeen ymmärtää täysin sen merkitys, olemassa olevat erityyppiset voimat ja ymmärtää, kuinka se lasketaan ja mitkä ovat sen yleisimpien mittayksiköiden väliset suhteet.

kaavat

Määritelmän mukaan kuluneen tai syötetyn tehon laskemiseksi aikavälillä käytetään seuraavaa lauseketta:

P = W / t

Tässä lausekkeessa P on voima, W on työ ja t on aika.

Jos haluat laskea hetkellisen tehon, sinun tulee käyttää seuraavaa kaavaa:

Tässä kaavassa ∆t on ajan lisäys, F on voima ja v on nopeus.

yksiköt

Voiman ainutlaatuisuus kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä on jouli sekunnissa (J / s), joka tunnetaan nimellä wattit (W). Tietyissä tilanteissa on myös melko yleistä käyttää muita yksiköitä, kuten kilowattia (kW), hevosvoimaa (CV).

Tietysti kilowatti vastaa 1000 wattia. Hevosvoiman ja watin välinen vastaavuus puolestaan ​​on seuraava:

1 CV = 745,35 W

Toinen tehoyksikkö, vaikka sen käyttö on paljon vähemmän yleistä, on erg sekunnissa (erg / s), joka vastaa ^10–7 W.

On tärkeää erottaa kilowatti kilowattitunnista (kWh), koska jälkimmäinen on energian tai työn yksikkö eikä voiman yksikkö.

Virtatyypit

Eri olemassa olevista voimatyypeistä tärkeimpiä ovat ne, joita tutkitaan jäljempänä.

Mekaaninen voima

Jäykälle kiinteälle aineelle kohdistettu mekaaninen voima saadaan tekemällä tuotteesta syntyvän kokonaisvoiman ja kyseiseen kappaleeseen siirretyn nopeuden välille.

P = F ∙ v

Tämä lauseke vastaa lauseketta: P = W / t, ja itse asiassa se saadaan siitä.

Siinä tapauksessa, että tapahtuu myös jäykän kiinteän aineen pyörimisliikettä ja siksi siihen kohdistetut voimat muuttavat sen kulmanopeutta aiheuttaen kulmakiihtyvyyden, seuraa, että:

P = F ∙ v + M ∙ ω

Tässä lausekkeessa M on käytetyistä voimista johtuva hetki ja ω on vartalon kulmanopeus.

Sähkövoima

Sähkökomponentin toimittama tai kuluttama sähköteho on seurausta jakamalla mainitun komponentin toimittaman tai absorboiman sähköenergian määrä ja siihen käytetty aika. Se lasketaan seuraavasta lausekkeesta:

P = V ∙ I

Tässä yhtälössä V on potentiaaliero komponentin välillä ja I on sen läpi kulkevan sähkövirran voimakkuus.

Siinä erityistapauksessa, että komponentti on sähkövastus, seuraavia lausekkeita voidaan käyttää tehon laskemiseen: P = R ∙ I ² = V ² / R, missä R on kyseisen komponentin sähkövastuksen arvo.

Lämmitysvoima

Komponentin lämpöarvo määritellään energian määränä, jonka mainittu komponentti hajottaa tai vapauttaa lämmönä aikayksikössä. Se lasketaan seuraavasta lausekkeesta:

P = E / t

Tässä lausekkeessa E on lämpö, ​​joka vapautuu lämmön muodossa.

Äänenvoima

Ääniteholla tarkoitetaan energiaa, jonka ääniaalto kuljettaa aikayksikössä tietyn pinnan läpi.

Tällä tavalla ääniteho riippuu sekä ääniaallan voimakkuudesta että mainitun aallon ylittämästä pinnasta, ja se lasketaan seuraavan integraalin avulla:

P _S = ⌠ _S I _S ∙ d S

Tässä integraalissa Ps on aallon ääniteho, Is on aallon äänenvoimakkuus ja dS on aallon ylittämä pintaero.

Nimellinen teho ja todellinen teho

Nimellisteho on suurin teho, jota kone tai moottori tarvitsee tai voi tarjota tavanomaisissa käyttöolosuhteissa; toisin sanoen suurin teho, jota kone tai moottori voi tukea tai tarjota.

Nimellistä termiä käytetään, koska tätä tehoa yleensä käytetään koneen karakterisointiin, sen nimeämiseen.

Toisaalta todellinen tai hyödyllinen teho, ts. Koneen tai moottorin tosiasiallisesti käyttämä, tuottama tai käyttämä teho, eroaa yleensä nimellisarvosta, on yleensä pienempi.

esimerkit

Ensimmäinen esimerkki

Haluat nostaa 100 kg: n pianon seitsemänteen kerrokseen, joka on 20 metrin korkeudessa. Nosturin nostaminen kestää 4 sekuntia. Laske nosturin teho.

Ratkaisu

Tehon laskemiseksi käytetään seuraavaa lauseketta:

P = W / t

Ensin on kuitenkin laskettava nosturin tekemä työ.

W = F ∙ d ∙ cos α = 100 ∙ 9,8 ∙ 20 ∙ 1 = 19 600 N

Siksi nosturin teho on:

P = 19 600/4 = 4900 W

Toinen esimerkki

Laske teho, jonka 10 Ω vastus hajottaa, jos virta on 10 A.

Ratkaisu

Tässä tapauksessa on tarpeen laskea sähköteho, jota varten käytetään seuraavaa kaavaa:

P = R ∙ I ² = 10 ∙ 10 ² = 1000 W

Viitteet

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysiikan osa 1. Cecsa.
2. Voima (fyysinen). (Nd). Wikipediassa. Haettu 3. toukokuuta 2018, es.wikipedia.org.
3. Voima (fysiikka). (Nd). Wikipediassa. Haettu 3. toukokuuta 2018, en.wikipedia.org.
4. Resnick, Robert & Halliday, David (2004). Fysiikka 4. kpl CECSA, Meksiko.
5. Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Fysiikka tutkijoille ja insinööreille (6. painos). Brooks / Cole.