- No tā sastāv un pielietojumi rūpniecībā un enerģētikā
- Mašīnas veiktspēja
- Piemēri
- Jauda un ātrums
- Cilvēka spēks
- Elektriskās enerģijas sadalījums
- Vingrinājumi
- 1. vingrinājums
- Risinājums
- 2. vingrinājums
- Risinājums
- Atsauces
Mehāniskā jauda ir ātrums, kādā tiek veikts darbs, kas tiek izteikta matemātiski pēc apjoma darbu laika vienībā. Un tā kā darbs tiek veikts uz absorbētās enerģijas rēķina, to var norādīt arī kā enerģiju uz laika vienību.
Aicinot P uz varu, W uz darbu, E uz enerģiju un laiku pa laikam, visu iepriekš minēto var apkopot viegli lietojamās matemātiskās izteiksmēs:
1. attēls. Gossamer Albatross, “lidojošais velosipēds”, šķērsoja Lamanšu 70. gadu beigās, izmantojot tikai cilvēku spēku. Avots: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. Guroadrunner angļu Vikipēdijā
Nu labi:
Citas rūpniecībā izmantotās jaudas vienības ir zs (zirgspēks vai zirgspēks) un CV (zirgspēki). Šo vienību pirmsākumi meklējami arī Džeimsa Vatā un rūpnieciskajā revolūcijā, kad mērīšanas standarts bija zirga darba ātrums.
Gan ZS, gan CV ir aptuveni vienādi ar ¾ kilo-W un joprojām tiek plaši izmantoti, jo īpaši mašīnbūvē, piemēram, motoru apzīmēšanai.
Vata daudzkārtņus, piemēram, iepriekš minētos kilo-W = 1000 W, bieži izmanto arī elektriskajā strāvā. Tas ir tāpēc, ka džouls ir salīdzinoši maza enerģijas vienība. Lielbritānijas sistēma izmanto mārciņas pēdas sekundē.
No tā sastāv un pielietojumi rūpniecībā un enerģētikā
Jaudas jēdziens ir piemērojams visiem enerģijas veidiem, neatkarīgi no tā, vai tā ir mehāniskā, elektriskā, ķīmiskā, vēja, skaņas vai jebkura veida enerģija. Laiks rūpniecībā ir ļoti svarīgs, jo procesiem jānotiek pēc iespējas ātrāk.
Jebkurš motors veiks nepieciešamo darbu tik ilgi, kamēr tam būs pietiekami daudz laika, taču svarīgi ir to izdarīt pēc iespējas īsākā laikā, lai palielinātu efektivitāti.
Tūlīt tiek aprakstīta ļoti vienkārša lietojumprogramma, lai labi noskaidrotu atšķirību starp darbu un varu.
Pieņemsim, ka smagu priekšmetu velk ar virvi. Lai to izdarītu, nepieciešams ārējs aģents, kas veic nepieciešamo darbu. Teiksim, ka šis aģents nodod 90 J enerģijas objekta virkņu sistēmai, lai tas darbotos 10 sekundes.
Šādā gadījumā enerģijas pārneses ātrums ir 90 J / 10 s vai 9 J / s. Tad mēs varam apstiprināt, ka šim aģentam, cilvēkam vai motoram, izejas jauda ir 9 W.
Ja cits ārējs aģents var sasniegt tādu pašu pārvietojumu vai nu īsākā laikā, vai arī nododot mazāk enerģijas, tad tas spēj attīstīt lielāku jaudu.
Cits piemērs: pieņemsim, ka enerģijas pārnešana ir 90 J, ar kuras palīdzību sistēma var darboties 4 sekundes. Izejas jauda būs 22,5 W.
Mašīnas veiktspēja
Jauda ir cieši saistīta ar sniegumu. Iekārtai piegādātā enerģija nekad netiek pilnībā pārveidota par noderīgu darbu. Svarīga daļa parasti izkliedējas siltumā, kas ir atkarīgs no daudziem faktoriem, piemēram, mašīnas konstrukcijas.
Tāpēc ir svarīgi zināt mašīnu veiktspēju, kas tiek definēta kā koeficients starp nodoto darbu un piegādāto enerģiju:
Ja grieķu burts η apzīmē ražu, bezizmēra lielums, kas vienmēr ir mazāks par 1. Ja to reizina arī ar 100, mums raža ir izteikta procentos.
Piemēri
- Cilvēki un dzīvnieki pārvietošanās laikā attīsta spēku. Piemēram, kāpšanai pa kāpnēm ir nepieciešams darbs pret gravitācijas spēku. Salīdzinot divus cilvēkus, kas kāpj pa kāpnēm, tas, kurš kāpj pa visiem soļiem pirmais, būs ieguvis lielāku spēku nekā otrs, taču viņi abi veica vienu un to pašu darbu.
- Sadzīves tehnikas un mehānismu izejas jauda ir norādīta. Kvēlspuldzei, kas piemērota telpas urbuma apgaismošanai, ir jauda 100 W. Tas nozīmē, ka spuldze pārveido elektrisko enerģiju gaismā un siltumā (lielāko daļu no tā) ar ātrumu 100 J / s.
- Zāles pļāvēja motors var patērēt aptuveni 250 W, bet automašīnas - apmēram 70 kW.
- Pašmāju ūdens sūknis parasti nodrošina 0,5 Zs jaudu.
- Saule ģenerē jaudu 3,6 x 10 26 W.
Jauda un ātrums
Tūlītēju jaudu iegūst, izmantojot bezgalīgu laiku: P = dW / dt. Spēks, kas rada darbu, kas izraisa nelielu bezgalīgu pārvietojumu d x, ir F (abi ir vektori), tāpēc dW = F d x . Aizstājot visu ar varu, viss paliek:
Cilvēka spēks
Cilvēki vismaz uz neilgu laiku spēj radīt jaudu aptuveni 1500 W vai 2 zirgspēkus, piemēram, pacelt svarus.
Vidēji dienā patērētā jauda (8 stundas) ir 0,1 Zs uz cilvēku. Liela daļa no tā tiek pārveidota siltumā, aptuveni tāds pats daudzums, ko rada 75 W kvēlspuldze.
Sportists treniņos var radīt vidēji 0,5 ZS, kas ekvivalents aptuveni 350 J / s, pārveidojot ķīmisko enerģiju (glikozi un taukus) mehāniskajā enerģijā.
2. attēls. Sportista vidējā jauda ir 2 Zs. Avots: Pixabay.
Runājot par cilvēka jaudu, parasti priekšroku dod mērīšanai kilo kalorijās stundā, nevis vatos. Nepieciešamā ekvivalence ir:
Jauda 0,5 ZS izklausās pēc ļoti maza apjoma, un tā ir paredzēta daudzām lietojumprogrammām.
Tomēr 1979. gadā tika izveidots cilvēka darbināms velosipēds, kas varēja lidot. Pols Makkrīns projektēja Gossamer Albatross, kas šķērsoja Lamanšu, radot 190 W vidējo jaudu (1. attēls).
Elektriskās enerģijas sadalījums
Svarīgs pielietojums ir elektriskās enerģijas sadale starp lietotājiem. Uzņēmumi, kas piegādā elektroenerģiju, rēķina par patērēto enerģiju, nevis par tās patēriņa ātrumu. Tāpēc tie, kas uzmanīgi izlasa jūsu rēķinu, atradīs ļoti specifisku vienību: kilovatstundu vai kW-h.
Tomēr, kad nosaukums Watt ir iekļauts šajā vienībā, tas attiecas uz enerģiju, nevis uz jaudu.
Kilovatstundu izmanto, lai norādītu elektriskās enerģijas patēriņu, jo džouls, kā minēts iepriekš, ir diezgan maza vienība: 1 vatstunda vai Wh ir darbs, kas vienā stundā veikts ar 1 vata jaudu.
Tāpēc 1 kW-h ir darbs, kas tiek veikts stundā, strādājot ar 1kW vai 1000 W jaudu. Ieliksim skaitļus, lai šīs summas pārveidotu džoulos:
Tiek lēsts, ka mājsaimniecība mēnesī var patērēt apmēram 200 kW-stundas.
Vingrinājumi
1. vingrinājums
Lauksaimnieks izmanto traktoru, lai vilktu siena ķīpu M = 150 kg līdz 15 ° slīpumam un nogādātu to kūtī ar nemainīgu ātrumu 5,0 km / h. Kinētiskās berzes koeficients starp siena ķīpu un tekni ir 0,45. Atrodiet traktora jaudu.
Risinājums
Lai atrisinātu šo problēmu, jānozīmē siena ķīpas, kas paceļas uz slīpuma, brīva korpusa diagramma. Ļaujiet F ir spēks, ko traktorā piemēro pacelt ķīpu, α = 15 °, ir slīpuma leņķis.
Turklāt kinētiskā berzes spēks f berze ir iesaistīts, kas iebilst pret kustību, kā arī parastā N un svars W (nejauciet W no svara ar to darbu).
3. attēls. Siena ķīpas izolēta ķermeņa diagramma. Avots: F. Zapata.
Ņūtona otrais likums piedāvā šādus vienādojumus:
Ātrumam un spēkam ir vienāds virziens un jēga, tāpēc:
Nepieciešams pārveidot ātruma vienības:
Aizstājot vērtības, mēs beidzot iegūstam:
2. vingrinājums
Attēlā parādītais motors pacels 2 kg bloku, sākot no atpūtas, ar paātrinājumu 2 m / s 2 un 2 sekundēs.
4. attēls. Motors paceļ priekšmetu noteiktā augstumā, kuram ir nepieciešams veikt darbu un attīstīt jaudu. Avots: F. Zapata.
Aprēķināt:
a) augstums, kuru tajā laikā sasniedzis bloks.
b) Jauda, kas motoram jāattīsta, lai to sasniegtu.
Risinājums
a) Tā ir vienmērīgi mainīga taisna kustība, tāpēc tiks izmantoti attiecīgi vienādojumi ar sākotnējo ātrumu 0. Sasniegto augstumu izsaka:
b) Lai atrastu motora izstrādāto jaudu, var izmantot vienādojumu:
Un tā kā spēks, kas tiek iedarbināts uz bloku, notiek caur virknes spriegojumu, kas ir nemainīgs lielumā:
P = (ma) .y / Δt = 2 kg x 2 m / s 2 x 4 m / 2 s = 8 W
Atsauces
- Figueroa, D. (2005). Sērija: Fizika zinātnei un inženierijai. 2. sējums. Dinamika. Rediģēja Douglas Figueroa (USB).
- Knight, R. 2017. Fizika zinātniekiem un inženierija: stratēģijas pieeja. Pīrsons.
- Fizika Libretexts. Jauda. Atgūts no: phys.libretexts.org
- Fizikas hiperteksta grāmata. Jauda. Atgūts no: füüsika.info.
- Darbs, enerģija un spēks. Saturs iegūts no: ncert.nic.in