Kraft (fysikk)

Vi forklarer hva som er kraften, dens formel, enheter, krafttyper og vi legger løste øvelser

Kraften til denne glødende pæren er 150 W. Jo høyere kraft, jo mer lysstyrke produserer det, men det nåværende forbruket er større

Hva er fysikkkraft?

De makt I fysikk er det en skalær størrelse som brukes til å indikere hastigheten som arbeidet gjøres, eller det er dispensering eller konsumert av energi. Det er nøkkelfaktoren for å bestemme hvor effektivt maskineri er, samt for å optimalisere energiforbruket.

For eksempel kan en gresskutter gjøre jobben med å kutte gresset på en halv time eller kanskje om to timer. Det er klart at kutteren som gjør jobben på kortere tid, utvikler større kraft, fordi han gjør den samme jobben raskere.

Generelt er kraften uttrykt som:

Forutsatt at en styrke forårsaker en handling, for eksempel å flytte et objekt, gjør en mekanisk jobb som tilsvarer energi. Når tiden som brukes i dette vurderes, oppstår maktbegrepet.

Formler

For det første er den gjennomsnittlige kraften definert_m, Som forholdet mellom mengden arbeid utført ΔW og tiden ΔT som det tok å gjøre det:

I det internasjonale systemet med enheter måles kraften i Joule/Second, Enhet kalt Watt eller Watt, for å hedre den skotske ingeniøren James Watt (1736-1819), som bidro til utviklingen av dampmotoren.

Andre enheter for strøm er:

• Steam Horse (CV).
• Power Horse (HP eller Hest Makt).
• Ergios/sekund.
• Foo ∙ Vågen/Second.
• Kalorier/sekund.
• Kilograph/Second.
• BTU/time.

Noen ekvivalenser forekommer nedenfor:

• 1 hk = 550 fot ∙ pund/sekund = 745.7 W = 2545 BTU/H

Kilovatio-Hora som ofte vises i strømregningen, er ikke en kraftenhet, men av energi, så vel som BTU eller britisk termisk enhet, en enhet som er mye brukt i kjøling og klimaanlegg og klimaanlegg.

Øyeblikkelig kraft P beregnes ved å ta et veldig lite tidsintervall. Å lage ΔT → 0 I den gjennomsnittlige kraften forvandles den til den øyeblikkelige kraften, som deretter uttrykkes som arbeidet avledet fra arbeid med hensyn til tid:

Det kan tjene deg: Fysikk før grekerne (Antigua Hellas)

Effektivitet

Effektiviteten til et maskineri måles ved å sammenligne det nyttige arbeidet det gjør med energien som trengs for å implementere det.

Det hender at uansett hvor perfekt et maskineri aldri vil forvandle seg til nyttig arbeid all energien som er gitt. Når det er mobile brikker, er friksjon ansvarlig for å forvandle en del til varme og en annen sannsynligvis i lyd, som ikke er utnyttet.

Som forklart ovenfor, gjenstår mekanisk effektivitet ε:

Med w_s Utgangsarbeidet og e_og Inngangsenergien. Ved å multiplisere med 100%oppnås den prosentvise effektiviteten, som også kan bli funnet gjennom kvotienten mellom inngangseffekten P_og og utgangseffekten P_s:

For eksempel, hvis en maskin har en effektivitet på 45%, betyr det at bare 45% av energien som bidrar brukes til maskinens formål, og de resterende 55% går tapt i varme, lyd eller annen form for energi.

Typer kraft

Kraften kan utvikles av forskjellige typer krefter, og dermed den mekaniske kraften, assosiert med mobile objekter, elektrisk kraft, lyd, termisk og mer.

Mekanisk kraft

Et bevegelig objekt utvikler en kraft relatert til hastigheten. Siden arbeidet er definert som skalarproduktet mellom kraft og forskyvning, oppstår en øyeblikkelig kraft av:

Hvor:

Det er en uendelig forskyvning. Å huske at hastigheten er derivatet av posisjonen med hensyn til tid:

Når du erstatter denne ligningen i den forrige, oppnås det at mekanisk kraft er skalarproduktet mellom kraft- og hastighetsvektoren:

Det kan tjene deg: fritt fall: konsept, ligninger, løste øvelser

Elektrisk energi

Det er hastigheten som energien leverer en kilde eller batteri, til en spesifikk lading som. Denne leveransen kan ikke gjøres med konstant hastighet, så en gjennomsnittlig effekt er definert:

Hvor v er spenningen og Δt er tidsintervallet. Hvis strømmen og spenningen er konstant over tid, er strømmen:

I = q/Δt

Og kraften er også konstant, og uttrykker seg som:

P = I ∙ V

Lydkraft

Lydbølger transporterer energi når de sprer seg, takket være trykket på partiklene i mediet. For dem brukes konseptet med lydintensitet, som er kraften per enhet av areal, som måles i w/m² per se:

Den totale kraften beregnes av integralen på S -overflaten:

Overflaten kan for eksempel være en radius r.

Termisk kraft

Det er hastigheten som et visst system frigjør energi i form av varme:

Stefan-Boltzmann Law

For varmen som overføres ved stråling, er Stefan-Boltzmann-loven gyldig:

Hvor:

• T er temperaturen i Kelvin.
• σ er Stefan-Boltzmanns konstante: σ = 5.67 × 10⁸ W/(m² K⁴).
• Emissiviteten til materialet er E, hvis verdi er mellom 0 og 1 og er typisk for hvert materiale.
• A er overflatearealet til kroppen.

Eksempler på makt i fysikk

Klimaanlegg og varmeovn

Klimaanlegg og varmeutstyr klassifiseres av deres kraft. Produsenter og designere har empiriske formler for å beregne kraften som et utstyr må ha til å helbrede et rom med visse dimensjoner på riktig måte.

Lyspærer

Folk blir vanligvis veiledet av kraften til en elektrisk pære for å vite hvor strålende den er.

Kan tjene deg: Watt lov: Hva er, eksempler, applikasjoner

Hvitevarer

Alle apparater indikerer i sine etiketter kraften de bruker for å oppfylle sin funksjon.

Maskineri

Maskiner generelt, for eksempel kraner, er klassifisert i henhold til kraften de utvikler for å løfte pesos.

Mekaniske vifter for pasienter ved ICU

Kraften til en mekanisk vifte for intensivbehandling overvåkes nøye for å unngå pasientlungelesjoner.

Øvelser

Oppgave 1

En jente spiser daglig tilsvarende 8.4 × 10⁶ J for å holde vekten konstant. Hvor mye er den gjennomsnittlige kraften som utvikler seg oppdatert?

Løsning

Gjennomsnittlig kraft er arbeidet som er utført per tidsenhet. Hvis jenta opprettholder sin konstante vekt, bruker hun all energien i maten for å gjøre nyttig arbeid. En dag har du 24 timer, tilsvarende i sekunder til:

1 dag = 24 timer = 86400 s

Oppgave 2

En sportsbil hvis masse er 1500 kg, er i stand til å akselerere fra 0 til 90 km/t i 5.0 s. Hvilken gjennomsnittlig kraft er nødvendig for å oppnå denne akselerasjonen?

Løsning

Formelen for mekanisk kraft brukes:

Styrken beregnes av Newtons andre lov:

Den gjennomsnittlige akselerasjonen av bilen, forutsatt at bevegelsen er jevnt variert rettlinjet, er:

Før utskifting blir en konvertering av enheter utført:

90 km/h = 25 m/s

Styrken og forskyvningen er i samme retning, derfor er kraften ganske enkelt produktet av størrelsen på kraften med gjennomsnittshastigheten:

Erstatning i kraft:

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