De mechanische kracht is de snelheid waarmee wordt gewerkt, die wiskundig wordt uitgedrukt door de hoeveelheid verricht werk per tijdseenheid. En aangezien werk wordt gedaan ten koste van opgenomen energie, kan het ook worden uitgedrukt als energie per tijdseenheid.
Roeping P. aan de macht, W. werken, EN op energie en t Tegelijkertijd kan al het bovenstaande worden samengevat in gebruiksvriendelijke wiskundige uitdrukkingen:
O goed:
Andere aandrijfeenheden die in de industrie worden gebruikt, zijn hp (paardenkracht of pk) en CV (pk). De oorsprong van deze eenheden gaat ook terug tot James Watt en de industriële revolutie, toen de maatstaf de snelheid was waarmee een paard werkte..
Zowel pk als CV zijn ongeveer gelijk aan ¾ kilo-W en worden nog steeds veel gebruikt, vooral in de machinebouw, bijvoorbeeld bij de aanwijzing van motoren.
Veelvouden van de watt, zoals de eerder genoemde kilo-W = 1000 W worden ook vaak gebruikt in elektrisch vermogen. Dit komt doordat de joule een relatief kleine energie-eenheid is. Het Britse systeem gebruikt pond-voet / seconde.
Artikel index
Het concept van kracht is toepasbaar op alle soorten energie, mechanisch, elektrisch, chemisch, wind, sonisch of wat voor soort dan ook. Tijd is erg belangrijk in de branche, omdat processen zo snel mogelijk moeten worden uitgevoerd.
Elke motor zal het nodige werk doen zolang hij genoeg tijd heeft, maar het belangrijkste is om het in de kortst mogelijke tijd te doen om de efficiëntie te vergroten..
Een zeer eenvoudige toepassing wordt direct beschreven om het onderscheid tussen werk en kracht goed te verduidelijken.
Stel dat er aan een zwaar voorwerp wordt getrokken aan een touw. Om dit te doen, is een externe agent nodig om het nodige werk te doen. Laten we zeggen dat deze agent 90 J energie overbrengt naar het object-string-systeem, zodat het gedurende 10 seconden in beweging komt.
In dat geval is de energieoverdrachtssnelheid 90 J / 10 s of 9 J / s. Dan kunnen we bevestigen dat die agent, een persoon of een motor, een uitgangsvermogen heeft van 9 W.
Als een andere externe agent in staat is om dezelfde verplaatsing te bereiken, hetzij in minder tijd, hetzij door minder energie over te dragen, is hij in staat om meer vermogen te ontwikkelen..
Een ander voorbeeld: stel een energieoverdracht van 90 J, die erin slaagt het systeem gedurende 4 seconden in beweging te krijgen. Het uitgangsvermogen is 22,5 W..
Kracht hangt nauw samen met prestaties. De energie die aan een machine wordt geleverd, wordt nooit volledig omgezet in nuttig werk. Een belangrijk deel wordt meestal afgevoerd in warmte, wat van veel factoren afhankelijk is, bijvoorbeeld het ontwerp van de machine.
Daarom is het belangrijk om de prestaties van de machines te kennen, die wordt gedefinieerd als het quotiënt tussen het geleverde werk en de geleverde energie:
η = werk geleverd door de machine / geleverde energie
Waar de griekse letter η geeft de opbrengst aan, een dimensieloze hoeveelheid die altijd kleiner is dan 1. Als deze ook wordt vermenigvuldigd met 100, hebben we de opbrengst in procenten.
- Mensen en dieren ontwikkelen kracht tijdens het voortbewegen. Traplopen vereist bijvoorbeeld werk tegen de zwaartekracht in. Het vergelijken van twee mensen die een ladder beklimmen, degene die als eerste alle treden beklimt, zal meer kracht hebben ontwikkeld dan de ander, maar beiden hebben hetzelfde werk gedaan.
- Voor huishoudelijke apparaten en machines is het uitgangsvermogen gespecificeerd. Een gloeilamp die geschikt is om een kamer goed te verlichten, heeft een vermogen van 100 W. Dit betekent dat de lamp elektrische energie omzet in licht en warmte (het meeste) met een snelheid van 100 J / s.
- De motor van een grasmaaier kan ongeveer 250 W verbruiken en die van een auto is ongeveer 70 kW.
- Een zelfgemaakte waterpomp levert doorgaans 0,5 pk.
- De zon genereert 3,6 x 10 26 Vermogen W..
Onmiddellijke kracht wordt verkregen door een oneindig kleine tijd te nemen: P. dW / dt. De kracht die het werk produceert, veroorzaakt de kleine oneindig kleine verplaatsing dX het is F. (beide zijn vectoren), dus dW = F. dX. Alles in de uitdrukking vervangend voor de macht, blijft het:
Mensen zijn in staat om, althans voor een korte tijd, een vermogen van ongeveer 1500 W of 2 pk op te wekken, zoals het heffen van gewichten.
Gemiddeld is het dagelijkse vermogen (8 uur) 0,1 pk per persoon. Een groot deel daarvan wordt omgezet in warmte, ongeveer dezelfde hoeveelheid die wordt gegenereerd door een gloeilamp van 75 W.
Een atleet in training kan gemiddeld 0,5 pk genereren, wat overeenkomt met ongeveer 350 J / s, door chemische energie (glucose en vet) om te zetten in mechanische energie.
Als het om menselijke kracht gaat, heeft het over het algemeen de voorkeur om te meten in kilocalorieën / uur in plaats van watt. De noodzakelijke gelijkwaardigheid is:
1 kilocalorie = 1 voedingscalorie = 4186 J.
Een vermogen van 0,5 pk klinkt als een heel klein bedrag, en het is voor veel toepassingen.
In 1979 werd echter een door mensen aangedreven fiets gemaakt die kon vliegen. Paul MacCready ontwierp het Gossamer Albatross, die het Engelse Kanaal kruiste en 190 W aan gemiddeld vermogen genereerde (figuur 1).
Een belangrijke toepassing is de verdeling van elektrische energie tussen gebruikers. De bedrijven die elektriciteit leveren, factureren de verbruikte energie, niet het tarief waartegen het wordt verbruikt. Daarom zullen degenen die uw factuur aandachtig lezen, een heel specifieke eenheid vinden: het kilowattuur of kW-h..
Als de naam Watt echter in dit apparaat is opgenomen, verwijst het naar energie en niet naar vermogen..
Het kilowattuur wordt gebruikt om het verbruik van elektrische energie aan te geven, aangezien de joule, zoals eerder vermeld, een vrij kleine eenheid is: 1 wattuur of W-h is het werk gedaan in 1 uur met een vermogen van 1 watt.
Daarom 1 kW-h is het werk dat in een uur wordt gedaan met een vermogen van 1kW of 1000 W.Laten we de getallen zetten om deze bedragen om te rekenen naar joules:
1 W-h = 1 W x 3600 s = 3600 J
1 kW-uur = 1000 W x 3600 s = 3,6 x 10 6 J
Geschat wordt dat een huishouden ongeveer 200 kW-uur per maand kan verbruiken.
Een boer gebruikt een tractor om een baal hooi van M = 150 kg over een hellend vlak van 15 ° te trekken en met een constante snelheid van 5,0 km / u naar de stal te brengen. De kinetische wrijvingscoëfficiënt tussen de hooibaal en de stortkoker is 0,45. Het vermogen van de tractor vinden.
Voor dit probleem is het nodig om een vrijlichaamsdiagram te tekenen voor de baal hooi die op de helling opstijgt. Worden F. de kracht die door de tractor wordt uitgeoefend om de baal te heffen, α = 15º is de hellingshoek.
Bovendien is de kinetische wrijvingskracht erbij betrokken F.aanraken dat tegen beweging is, plus het normale N en het gewicht W. (verwar de W van gewicht niet met die van werk).
De tweede wet van Newton biedt de volgende vergelijkingen:
∑ Fx = F -WX -F.aanraken = 0 (aangezien de baal met constante snelheid stijgt)
∑Fy = N - WY = 0 (er is geen beweging langs de x-as)
De kinetische wrijvingskracht wordt berekend door:
F.aanraken = kinetische wrijvingscoëfficiënt x grootte van normaal
F.aanraken = 0,45. Wy = 0,45 x 150 kg x9,8 m / s2 x cos 15º = 639 N.
F = WX + F.aanraken = M.g. zonde α = 150 kg. 9,8 m / stwee . zonde 15º + 639 N = 1019,42 N
Snelheid en kracht hebben dezelfde richting en zin, daarom:
P = F. v = F. v
Het is vereist om de eenheden van de snelheid te transformeren:
v = 5,0 km / uur = 1,39 m / s
Als we waarden vervangen, krijgen we uiteindelijk:
P = 1019,42 N x 1,39 m / s = 1417 W = 1,4 kW
De in de figuur getoonde motor tilt het blok van 2 kg vanuit stilstand op met een versnelling van 2 m / stwee en in 2 seconden.
Berekenen:
a) De hoogte die het blok in die tijd bereikt.
b) Het vermogen dat de motor moet ontwikkelen om dit te bereiken.
a) Het is een gelijkmatig gevarieerde rechtlijnige beweging, daarom zullen de overeenkomstige vergelijkingen worden gebruikt, met beginsnelheid 0. De bereikte hoogte wordt gegeven door:
y = ½ omtwee = ½. 2 m / stwee . (2 seconden)twee = 4 m.
b) Om het door de motor ontwikkelde vermogen te vinden, kan de vergelijking worden gebruikt:
P = ΔW / Δt
En aangezien de kracht die op het blok wordt uitgeoefend, wordt veroorzaakt door de spanning in de snaar, die constant in grootte is:
P = (ma) .y / Δt = 2 kg x 2 m / stwee x 4 m / 2 s = 8 W
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.