Contente
- TL; DR (muito longo; não leu)
- Energia, Força, Trabalho e Poder
- Equação para potência mecânica
- Potência em movimento linear
- Um exemplo de cálculo: transportar roupa
- Uma nota final sobre complexidade
Você pode encontrar Poder mecânico em uso em qualquer lugar do mundo moderno. Você andou de carro hoje? Usava energia, seja de combustível ou de bateria, para mover uma série interconectada de componentes mecânicos - eixos, engrenagens, correias etc. - até que, finalmente, essa energia era usada para girar as rodas e mover o veículo para a frente.
Poder em física é uma medida do taxa em qual trabalhos está sendo realizado ao longo do tempo. A palavra "mecânico" é meramente descritiva; ele diz que o poder está associado a uma máquina e ao movimento de diferentes componentes, como o trem de força de um carro ou as engrenagens de um relógio.
A fórmula do poder mecânico usa as mesmas leis fundamentais da física que são usadas para outras formas de poder.
TL; DR (muito longo; não leu)
Poder P é definido como trabalhos W sobre Tempo t de acordo com a seguinte fórmula. Nota sobre as unidades: a potência deve estar em watts (W), trabalhar em joules (J) e o tempo em segundos (s) - sempre verifique duas vezes antes de conectar seus valores.
P = W / t
A energia mecânica segue as mesmas leis que governam outros tipos de energia, como química ou térmica. Poder mecânico é simplesmente a energia associada aos componentes móveis de um sistema mecânico, por exemplo, as engrenagens, rodas e polias dentro de um relógio antigo.
Energia, Força, Trabalho e Poder
Para entender a expressão potência mecânica, é útil estabelecer quatro termos inter-relacionados: energia, força, trabalhos e poder.
Equação para potência mecânica
Por causa da relação entre energia e trabalho, existem duas maneiras comuns de expressar poder matematicamente. O primeiro é em termos de trabalhos W e Tempo t:
P = W/t
Potência em movimento linear
Se você está lidando com movimento linear, pode assumir que qualquer força aplicada move um objeto para frente ou para trás ao longo de um caminho reto, alinhado com a ação das forças - pense nos trens em uma pista. Como o componente direcional basicamente se cuida, você também pode expressar poder em termos de uma fórmula simples usando força, distânciae velocidade.
Nessas situações, trabalhos W pode ser definido como força F × distância d. Conecte-o à equação básica acima e você obtém:
P = F ×d / t
Notou algo familiar? Com movimento linear, distância dividido por Tempo é a definição para velocidade (v), para que também possamos expressar poder como:
P = F(d/t) = F × v
Um exemplo de cálculo: transportar roupa
OK, isso foi um monte de matemática abstrata, mas vamos colocá-lo em prática agora para resolver um problema de amostra:
Seus pais pedem que você carregue 10 kg de roupa limpa no andar de cima. Se você normalmente leva 30 segundos para subir as escadas, e as escadas têm 3 metros de altura, calcule quanta energia será necessária para transportar as roupas da parte inferior da escada para o topo.
Com base no prompt, sabíamos que o tempo t serão 30 segundos, mas não temos valor para o trabalho W. No entanto, podemos simplificar o cenário para fins de estimativa. Em vez de se preocupar em mover a roupa para cima e para frente em cada etapa individual, vamos supor que você esteja simplesmente levantando-a em linha reta a partir da altura inicial. Agora podemos usar o P = F × d / t expressão da força mecânica, mas ainda precisamos descobrir a força envolvida.
Para transportar a roupa, você deve neutralizar a força da gravidade nela. Desde que a força da gravidade é F = mg na direção descendente, você deve aplicar esta mesma força na direção ascendente. Observe que g é a aceleração devido à gravidade que na Terra é de 9,8 m / s2. Com isso em mente, podemos criar uma versão expandida da fórmula de potência padrão:
P = (m × g) (d / t)
E podemos inserir nossos valores de massa, aceleração, distância e tempo:
P = (10 kg × 9,8 m / s2) (3 m / 30 s)
P = 9,08 watts
Então você precisará gastar cerca de 9,08 watts para transportar a roupa.
Uma nota final sobre complexidade
Nossa discussão foi limitada a cenários bastante diretos e matemática relativamente simples. Na física avançada, formas sofisticadas da equação da potência mecânica podem exigir o uso de cálculo e fórmulas mais longas e complicadas que levam em conta múltiplas forças, movimentos curvos e outros fatores complicadores.
Se você precisar de informações mais detalhadas, o banco de dados HyperPhysics hospedado pela Georgia State University é um excelente recurso.