Kekuatan mekanis apa itu, aplikasi, contoh

Itu Daya mekanik Ini adalah ritme yang dilakukan pekerjaan, yang diekspresikan dengan cara matematis untuk jumlah pekerjaan yang dilakukan per unit waktu. Dan karena pekerjaan dilakukan dengan mengorbankan energi yang diserap, ia juga dapat dinaikkan sebagai energi per unit waktu.

Panggilan P untuk kekuatan, W bekerja, DAN untuk energi dan T Pada saat yang sama, semua hal di atas dapat dirangkum dengan mudah menangani ekspresi matematika:

Gambar 1. Gossamer Albatross, "Flying Bicycle," melintasi saluran La Mancha pada akhir 1970 -an, hanya menggunakan kekuatan manusia. Sumber: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. Guroadrunner di Wikipedia Inggris [domain publik]

O Nah:

Unit kekuatan dalam sistem internasional (SI), yang merupakan sistem unit yang diadopsi secara universal, adalah joule/detik atau watt, yang disingkat w. Dengan demikian dinamai untuk menghormati insinyur Skotlandia James Watt (1736-1819), yang dikenal telah menciptakan mesin uap dengan kondensor, penemuan yang memulai revolusi industri.

Unit daya lain yang digunakan dalam industri adalah HP (Daya kuda atau kuda listrik) dan CV (kuda uap). Asal usul unit -unit ini juga berasal dari James Watt dan Revolusi Industri, ketika pola pengukuran adalah ritme yang dengannya kuda menuju pekerjaan.

Baik HP dan CV setara dengan sekitar ¾ kilo-W masih banyak digunakan, terutama dalam rekayasa mesin, misalnya dalam penunjukan mesin.

Kelipatan watt, seperti kilo-w yang disebutkan di atas juga sering digunakan dalam listrik. Itu karena joule adalah unit energi yang relatif kecil. Sistem Inggris menggunakan libra-pie/kedua.

[TOC]

Apa itu aplikasi industri dan energi

Konsep daya berlaku untuk semua jenis energi, baik mekanik, listrik, kimia, angin, sononik atau jenis apa pun. Waktu sangat penting dalam industri ini, karena prosesnya harus dieksekusi secepat mungkin.

Mesin apa pun akan melakukan pekerjaan yang diperlukan untuk memiliki cukup waktu, tetapi yang penting adalah melakukannya dalam waktu sesingkat mungkin, untuk meningkatkan efisiensi.

Aplikasi yang sangat sederhana dijelaskan segera untuk mengklarifikasi perbedaan antara pekerjaan dan kekuatan dengan baik.

Misalkan objek berat dihentikan oleh tali. Untuk melakukannya, agen eksternal yang melakukan pekerjaan yang diperlukan diperlukan. Katakanlah agen ini mentransfer energi 90 J ke sistem objek-tubuh, sehingga digerakkan selama 10 detik.

Dapat melayani Anda: Cross Wave

Dalam hal ini, laju transfer energi adalah 90 J/10 s atau 9 J/s. Kemudian kita dapat menegaskan bahwa agen ini, seseorang atau mesin memiliki tenaga output 9 W.

Jika agen eksternal lain mampu mencapai perpindahan yang sama, baik dalam waktu yang lebih sedikit atau mentransfer lebih sedikit energi, maka ia mampu mengembangkan daya yang lebih besar.

Contoh lain: Misalkan transfer energi 90 J, yang berhasil memindahkan sistem selama 4 detik. Daya output akan menjadi 22.5 w.

Kinerja mesin

Daya terkait erat dengan kinerja. Energi yang dipasok ke mesin tidak pernah sepenuhnya diubah menjadi pekerjaan yang berguna. Bagian penting biasanya hilang dalam panas, yang tergantung pada banyak faktor, misalnya desain mesin.

Itulah mengapa penting untuk mengetahui kinerja mesin, yang didefinisikan sebagai rasio antara pekerjaan yang dikirimkan dan energi yang disediakan:

η = pekerjaan yang dikirim oleh mesin/energi yang disediakan

Lirik Where the Greek η Menunjukkan kinerja, jumlah tambahan yang selalu kurang dari 1. Jika Anda juga berkembang biak dengan 100, Anda memiliki kinerja dalam persentase istilah.

Contoh

- Manusia dan hewan mengembangkan kekuatan selama penggerak. Misalnya, saat menaiki tangga, perlu melakukan pekerjaan melawan gravitasi. Membandingkan dua orang naik tangga, yang naik semua langkah terlebih dahulu, akan mengembangkan lebih banyak kekuatan daripada yang lain, tetapi keduanya melakukan pekerjaan yang sama.

- Peralatan dan mesin ditentukan daya outputnya. Bola lampu pijar yang tepat untuk menerangi sumur ruangan memiliki kekuatan 100 W. Ini berarti bahwa bohlam mengubah listrik menjadi cahaya dan panas (sebagian besar) dengan kecepatan 100 J/s.

- Mesin pemangkasan rumput dapat mengkonsumsi sekitar 250 W dan mobil berada dalam urutan 70 kW.

- Pasokan pompa air buatan sendiri biasanya 0.5 hp.

- Matahari menghasilkan 3.6 x 10 ²⁶ Kekuatan W.

Kekuatan dan kecepatan

Kekuatan instan diperoleh dengan mengambil waktu yang sangat kecil: P = DW/DT. Gaya yang dihasilkan oleh pekerjaan penyebab dari perpindahan kecil infinitesimal DX adalah F (keduanya adalah vektor), oleh karena itu DW = F ● DX. Mengganti segala sesuatu dalam ekspresi untuk kekuasaan, tetap:

Dapat melayani Anda: gaya sentrifugal: formula, bagaimana itu dihitung, contoh, latihan

Oleh karena itu, daya juga dapat dinyatakan sebagai produk skalar antara gaya dan kecepatan.

Kekuatan manusia

Orang mampu menghasilkan kekuatan sekitar 1500 W atau 2 tenaga kuda, setidaknya untuk waktu yang singkat, seperti menimbang beban.

Rata -rata, output daya harian (8 jam) adalah 0.1 hp per orang. Banyak yang diterjemahkan menjadi panas, kurang lebih jumlah yang sama dihasilkan oleh bohlam pijar 75 w.

Seorang atlet dalam pelatihan dapat menghasilkan rata -rata 0.5 hp setara dengan sekitar 350 j/s, dengan mengubah energi kimia (glukosa dan lemak) menjadi energi mekanik.

Gambar 2. Seorang atlet mengembangkan kekuatan rata -rata 2 hp. Sumber: Pixabay.

Ketika datang ke kekuatan manusia, biasanya lebih disukai. Kesetaraan yang diperlukan adalah:

1 kilokaloria = 1 kalori gizi = 4186 j

Kekuatan 0.5 hp terdengar seperti jumlah yang sangat kecil, dan itu untuk banyak aplikasi.

Namun, pada tahun 1979 sepeda yang didorong oleh manusia diciptakan yang bisa terbang. Paul MacCready merancang Gossamer Albatross, Itu melintasi saluran LA Mancha yang menghasilkan 190 W output rata -rata (Gambar 1).

Distribusi energi listrik

Aplikasi penting adalah distribusi listrik di antara pengguna. Perusahaan yang memasok tagihan listrik yang dikonsumsi energi, bukan tingkat yang dikonsumsi. Itulah sebabnya mereka yang membaca tagihan mereka dengan cermat akan menemukan unit yang sangat spesifik: kilowatt-hora atau kw-h.

Namun, ketika nama watt termasuk dalam unit ini mengacu pada energi dan bukan daya.

Kilowatt-hora digunakan untuk menunjukkan konsumsi listrik, karena joule, seperti yang disebutkan sebelumnya, adalah unit yang cukup kecil: 1 watt-hora atau w-h Ini adalah pekerjaan yang dilakukan dalam 1 jam melalui kekuatan 1 watt.

Karena itu 1 kw-h Ini adalah pekerjaan yang dilakukan dalam satu jam bekerja dengan kekuatan 1kW atau 1000 w. Mari kita letakkan angka untuk meneruskan jumlah ini ke joule:

1 w-h = 1 w x 3600 s = 3600 j

1 kw-h = 1000 W x 3600 s = 3.6 x 10 ⁶ J

Diperkirakan di rumah sekitar 200 kW-hora dapat dikonsumsi per bulan.

Itu dapat melayani Anda: tekanan absolut: formula, bagaimana itu dihitung, contoh, latihan

Latihan

Latihan 1

Seorang petani menggunakan traktor untuk menarik jerami PACA M = 150 kg pada bidang miring 15 ° dan membawanya ke gudang, dengan kecepatan konstan 5.0 km / jam. Koefisien gesekan kinetik antara jerami fardo dan ramp adalah 0.Empat. Lima. Temukan daya output traktor.

Larutan

Untuk masalah ini, perlu untuk menggambar diagram tubuh bebas untuk hay fardo yang naik di pesawat miring. Menjadi F Kekuatan yang menerapkan traktor untuk memanjat bundo, α = 15º adalah sudut kemiringan.

Selain itu, gaya gesekan kinetik terlibat F_menyentuh yang menentang gerakan, ditambah normal N dan beratnya W (Jangan membingungkan berat badan dengan pekerjaan).

Gambar 3. Diagram tubuh heo fardo terisolasi. Sumber: f. Zapata.

Hukum kedua Newton menawarkan persamaan berikut:

∑ fx = f -W_X -F_menyentuh = 0 (Sejak Bundo naik dengan kecepatan konstan)

∑fy = n - w_Dan = 0 (Tidak ada gerakan di sepanjang sumbu x)

Gesekan kinetik dihitung oleh:

F_menyentuh = Koefisien gesekan kinetik besarnya normal

F_menyentuh = 0.Empat. Lima . WY = 0.45 x 150 kg x9.8 m/s2 x cos 15º = 639 n

F = w_X + F_menyentuh = M.G. dosa α = 150 kg. 9.8 m/s² . sin 15 º + 639 n =  1019.42 n

Kecepatan dan kekuatan memiliki arah dan makna yang sama, oleh karena itu:

P = F ● v = F. v

Diperlukan untuk mengubah unit kecepatan:

V = 5.0 km/ h = 1.39 m/ s

Mengganti nilai, Anda akhirnya mendapatkan:

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

Latihan 2

Mesin yang ditunjukkan pada gambar akan mengunggah blok 2 kg, mulai dari istirahat, dengan percepatan 2 m/s² dan dalam 2 detik.

Gambar 4. Mesin mengangkat objek ke ketinggian tertentu, yang perlu dilakukan dan mengembangkan daya. Sumber: f. Zapata.

Menghitung:

a) ketinggian yang dicapai oleh blok pada waktu itu.

b) kekuatan yang harus dikembangkan mesin untuk mencapainya.

Larutan

a) Ini adalah gerakan bubur lubuk yang bervariasi secara seragam, oleh karena itu persamaan yang sesuai akan digunakan, dengan kecepatan awal 0. Tinggi yang dicapai diberikan oleh:

y = ½ at² = ½ . 2 m/s² . (2 detik)² = 4 m.

b) Untuk menemukan daya yang dikembangkan oleh mesin, persamaan dapat digunakan:

P = δW/δT

Dan karena gaya yang diberikan pada blok adalah melalui ketegangan pada tali, yang konstan dalam besarnya:

P = (MA).dan/δT = 2 kg x 2 m/s² x 4 m / 2 s = 8 w

Referensi

1. Figueroa, d. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 2. Dinamis. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Knight, r.  2017. Fisika untuk Ilmuwan dan Teknik: Pendekatan Strategi.  Pearson.
3. Libretteks Fisika. Kekuatan. Pulih dari: Phys.Librettexts.org
4. Buku Hypertext Fisika. Kekuatan. Pulih dari: fisika.Info.
5. Bekerja, Energi, dan Kekuatan. Pulih dari: ncert.Nic.di dalam