Contenido
- TL; DR (demasiado largo; no leído)
- Energía, fuerza, trabajo y poder
- Ecuación de potencia mecánica
- Poder en movimiento lineal
- Un ejemplo de cálculo: llevar ropa
- Una nota final sobre la complejidad
Puedes encontrar potencia mecánica en uso en todo el mundo moderno. ¿Viajaste en auto hoy? Utilizó energía, ya sea de combustible o de una batería, para mover una serie interconectada de componentes mecánicos (ejes, engranajes, correas, etc.) hasta que, finalmente, esa energía se utilizó para hacer girar las ruedas y mover el vehículo hacia adelante.
Poder en física es una medida de la tarifa en el cual trabajo se realiza con el tiempo. La palabra "mecánico" es meramente descriptiva; le dice que la potencia está asociada con una máquina y el movimiento de diferentes componentes como la transmisión de un automóvil o los engranajes de un reloj.
La fórmula de potencia mecánica utiliza las mismas leyes fundamentales de la física que se utilizan para otras formas de potencia.
TL; DR (demasiado largo; no leído)
Poder PAGS Se define como trabajo W terminado hora t de acuerdo con la siguiente fórmula. Nota sobre las unidades: la potencia debe estar en vatios (W), trabajar en julios (J) y el tiempo en segundos (s); siempre verifique dos veces antes de conectar sus valores.
PAGS = W / t
La potencia mecánica sigue las mismas leyes que rigen otros tipos de potencia, como la química o la térmica. Potencia mecánica es simplemente la potencia asociada con los componentes móviles de un sistema mecánico, por ejemplo, los engranajes, ruedas y poleas dentro de un reloj antiguo.
Energía, fuerza, trabajo y poder
Para dar sentido a la expresión de potencia mecánica, es útil establecer cuatro términos interrelacionados: energía, fuerza, trabajo y poder.
Ecuación de potencia mecánica
Debido a la relación entre energía y trabajo, hay dos formas comunes de expresar matemáticamente el poder. El primero es en términos de trabajo W y hora t:
PAGS = W/t
Poder en movimiento lineal
Si se trata de un movimiento lineal, puede suponer que cualquier fuerza aplicada mueve un objeto hacia adelante o hacia atrás a lo largo de un camino recto en línea con la acción de las fuerzas; piense en los trenes en una vía. Debido a que el componente direccional básicamente se cuida solo, también puede expresar el poder en términos de una fórmula simple usando fuerza, distanciay velocidad.
En estas situaciones, trabajo W Puede ser definido como fuerza F × distancia re. Conecte eso a la ecuación básica anterior y obtendrá:
PAGS = F ×d / t
¿Notaste algo familiar? Con movimiento lineal, distancia dividido por hora es la definición de velocidad (v), por lo que también podemos expresar el poder como:
PAGS = F(re/t) = F × v
Un ejemplo de cálculo: llevar ropa
OK, eso era mucha matemática abstracta, pero pongámosla a trabajar ahora para resolver un problema de muestra:
Tus padres te piden que lleves una carga de 10 kilogramos de ropa limpia arriba. Si normalmente le toma 30 segundos subir las escaleras, y las escaleras tienen 3 metros de altura, calcule la cantidad de energía que necesitará gastar para llevar la ropa desde la parte inferior de la escalera hasta la parte superior.
Según el aviso, sabíamos que el tiempo t serán 30 segundos, pero no tenemos valor para el trabajo W. Sin embargo, podemos simplificar el escenario en aras de la estimación. En lugar de preocuparse por mover la ropa hacia arriba y hacia adelante en cada paso individual, supongamos que simplemente la está levantando en línea recta desde su altura inicial. Ahora podemos usar el PAGS = F × re / t expresión de poder mecánico, pero aún necesitamos descubrir la fuerza involucrada.
Para transportar la ropa, debes contrarrestar la fuerza de la gravedad sobre ella. Dado que la fuerza de la gravedad es F = mg en la dirección hacia abajo, debe aplicar esta misma fuerza en la dirección hacia arriba. Tenga en cuenta que sol es la aceleración debida a la gravedad que en la Tierra es de 9.8 m / s2. Con esto en mente, podemos crear una versión ampliada de la fórmula de potencia estándar:
PAGS = (metro × sol) (re / t)
Y podemos conectar nuestros valores de masa, aceleración, distancia y tiempo:
P = (10 kg × 9.8 m / s2) (3 m / 30 s)
P = 9.08 vatios
Por lo tanto, deberá gastar aproximadamente 9.08 vatios para transportar la ropa.
Una nota final sobre la complejidad
Nuestra discusión se ha limitado a escenarios bastante sencillos y matemáticas relativamente simples. En física avanzada, las formas sofisticadas de la ecuación de potencia mecánica pueden requerir el uso de cálculos y fórmulas más largas y complicadas que tengan en cuenta fuerzas múltiples, movimientos curvos y otros factores complicados.
Si necesita información más detallada, la base de datos HyperPhysics alojada por Georgia State University es un excelente recurso.