Fysisk

Kraft (fysik)

Kraft (fysik)

Vi förklarar vad som är kraften, dess formel, enheter, typer av kraft och vi sätter lösade övningar

Kraften i denna glödlampa är 150 W. Ju högre kraft, desto mer ljusstyrka producerar den, men den nuvarande konsumtionen är större

Vad är fysikkraft?

De kraft I fysiken är det en skalarstorlek som används för att indikera hastigheten med vilken arbete utförs, eller det är dispenserar eller konsumeras av energi. Det är nyckelfaktorn för att bestämma hur effektiv en maskin är, liksom att optimera energiförbrukningen.

Till exempel kan en grässkärare göra jobbet med att klippa gräset på en halvtimme eller kanske på två timmar. Det är uppenbart att skäret som gör jobbet på kortare tid utvecklar större kraft, eftersom han gör samma jobb snabbare.

I allmänhet uttrycks kraften som:

Under förutsättning att en kraft orsakar en handling, såsom att flytta ett objekt, gör ett mekaniskt jobb motsvarande energi. När den tid som spenderas i detta uppstår begreppet maktbegrepp.

Formler

Först definieras den genomsnittliga kraftenm, som förhållandet mellan det arbete som gjorts ΔW och tiden ΔT som det tog att göra det:

I det internationella enhetssystemet mäts kraften i Joule/andra, Enhet som heter Watt eller Watt, för att hedra den skotska ingenjören James Watt (1736-1819), som bidrog till utvecklingen av ångmotorn.

Andra enheter för kraft är:

  • Steam Horse (CV).
  • Power Horse (HP eller Häst Kraft).
  • Ergios/andra.
  • Foo ∙ Våg/sekund.
  • Kalorier/andra.
  • Kilograf/sekund.
  • Btu/timme.

Vissa ekvivalenser förekommer nedan:

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

Kilovatio-hora som ofta förekommer i elräkningen är inte en kraftenhet, utan av energi, liksom BTU eller brittisk termisk enhet, en enhet som används i stor utsträckning inom kylning och luftkonditioneringsapparater.

Omedelbar effekt P beräknas genom att ta ett mycket litet tidsintervall. Att göra ΔT → 0 I den genomsnittliga kraften förvandlas den till den omedelbara kraften, som sedan uttrycks som arbetet härrörande från arbete med avseende på tid:

Det kan tjäna dig: fysik före grekerna (Antigua Grekland)

Effektivitet

Effektiviteten hos en maskin mäts genom att jämföra det användbara arbetet med den energi som behövs för att implementera den.

Det händer att oavsett hur perfekt en maskin aldrig kommer att förvandlas till användbart arbete all den energi som tillhandahålls. När det finns mobila bitar är friktion ansvarig för att förvandla en del till värme och en annan troligen i ljud, som inte utnyttjas.

Som förklarats ovan kvarstår mekanisk effektivitet ε:

Med Ws Utgångsarbetet och Eoch Ingångsenergin. Genom att multiplicera med 100%erhålls procentuell effektivitet, vilket också kan hittas genom kvoten mellan ingångseffekten Poch och utgångseffekten Ps:

Till exempel, om en maskin har en effektivitet på 45%, betyder det att endast 45% av den bidragna energin används för maskinens syfte, och de återstående 55% går förlorade i värme, ljud eller annan form av energi.

Slags typer

Kraften kan utvecklas av olika typer av krafter, och därmed den mekaniska kraften, associerad med mobila föremål, elektrisk kraft, ljud, termisk och mer.

Mekanisk kraft

Ett rörligt objekt utvecklar en kraft relaterad till dess hastighet. Eftersom arbetet definieras som den skalära produkten mellan kraft och förskjutning inträffar en omedelbar kraft av:

Var:

Det är en oändlig förflyttning. Att komma ihåg att hastigheten är derivatet av positionen med avseende på tid:

Vid ersättning av denna ekvation i den föregående erhålls det att mekanisk kraft är den skalära produkten mellan kraft- och hastighetsvektorn:

Det kan tjäna dig: Free Fall: Concept, Ekvationer, Löst övningar

Elkraft

Det är den hastighet som energi levererar en källa eller batteri, till en specifik laddning som. Denna leverans får inte göras i konstant hastighet, så en genomsnittlig effekt definieras:

Där v är spänningen och Δt är tidsintervallet. Om strömmen och spänningen är konstant över tid är strömmen:

I = q/Δt

Och kraften är också konstant och uttrycker sig som:

P = i ∙ v

Ljudkraft

Ljudvågor transporterar energi när de sprids, tack vare trycket på partiklarna i mediet. För dem används begreppet ljudintensitet, som är kraften per enhetsenhet, som mäts i w/m2 i sig:

Den totala effekten beräknas av integralen på S -ytan:

Ytan kan till exempel vara en radie r.

Värmekraft

Det är den hastighet som ett visst system släpper ut energi i form av värme:

Stefan-Boltzmann Law

För värmen som överförs genom strålning är Stefan-Boltzmann-lagen giltig:

Var:

  • T är temperaturen i Kelvin.
  • σ är Stefan-Boltzmanns konstant: σ = 5.67 × 108 W/(m2 K4).
  • Materialets emissivitet är E, vars värde är mellan 0 och 1 och är typiskt för varje material.
  • A är kroppens ytarea.

Exempel på kraft i fysik

Luftkonditioneringsapparater och värmare

Luftkonditionering och värmeutrustning klassificeras av deras kraft. Tillverkare och designers har empiriska formler för att beräkna kraften som en utrustning måste behöva för att läka ett rum ordentligt med vissa dimensioner.

Glödlampor

Människor styrs vanligtvis av kraften hos en elektrisk glödlampa att veta hur lysande det är.

Kan tjäna dig: watt lag: vad är, exempel, applikationer

Hushållsapparater

Alla apparater anger i sina etiketter kraften de konsumerar för att uppfylla sin funktion.

Maskineri

Maskiner i allmänhet, till exempel kranar, klassificeras enligt kraften de utvecklar för att lyfta pesos.

Mekaniska fläktar för patienter på ICU

Kraften hos en mekanisk fläkt för intensivvård övervakas noggrant för att undvika patientens lungskador.

Övningar

Övning 1

En tjej äter dagligen motsvarande 8.4 × 106 J för att hålla din vikt konstant. Hur mycket kostar den genomsnittliga kraften som utvecklas uppdaterad?

Lösning

Den genomsnittliga kraften är det arbete som gjorts per tidsenhet. Om flickan behåller sin ständiga vikt, spenderar hon all matens energi för att göra användbart arbete. En dag har du 24 timmar, motsvarande på några sekunder till:

1 dag = 24 h = 86400 s

Övning 2

En sportbil vars massa är 1500 kg kan accelerera från 0 till 90 km/h i 5.0 s. Vilken genomsnittlig kraft krävs för att uppnå denna acceleration?

Lösning

Formeln för mekanisk kraft används:

Kraften beräknas av Newtons andra lag:

Den genomsnittliga accelerationen av bilen, förutsatt att rörelsen är enhetligt varierad rätlinjig, är:

Innan du byts ut genomförs en omvandling av enheter:

90 km/h = 25 m/s

Styrkan och förskjutningen är i samma riktning, därför är kraften helt enkelt produkten av kraftens storlek med medelhastigheten:

Ersätter i kraft:

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