- Endüstride ve enerjide nelerden oluşur ve uygulamaları
- Bir makinenin performansı
- Örnekler
- Güç ve hız
- İnsan gücü
- Elektrik enerjisinin dağıtımı
- Egzersizler
- 1. Egzersiz
- Çözüm
- Egzersiz 2
- Çözüm
- Referanslar
Mekanik güç birim zaman başına yapılan işin miktarına göre matematiksel olarak ifade edilir eser gerçekleştirilir oranıdır. Ve emilen enerji pahasına iş yapıldığından, birim zamandaki enerji olarak da ifade edilebilir.
P'yi güce, W'yi çalışmaya, E'yi enerjiye ve t zamanına çağırarak, yukarıdakilerin tümü kullanımı kolay matematiksel ifadelerle özetlenebilir:
Şekil 1. 'Uçan bisiklet' Gossamer Albatros 1970'lerin sonlarında İngiliz Kanalı'nı sadece insan gücü kullanarak geçti. Kaynak: Wikimedia Commons. Gossamer Albatros. İngilizce Wikipedia şirketinde Guroadrunner
Peki:
Endüstrilerde kullanılan diğer güç birimleri hp (beygir gücü veya beygir gücü) ve CV'dir (beygir gücü). Bu birimlerin kökeni, ölçüm standardının atın çalıştığı hız olduğu James Watt ve Sanayi Devrimi'ne de dayanmaktadır.
Hem hp hem de CV kabaca ¾ kilo-W'ye eşittir ve özellikle makine mühendisliğinde, örneğin motorların adlandırılmasında hala yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yukarıda bahsedilen kilo-W = 1000 W gibi watt'ın katları da sıklıkla elektrik gücünde kullanılır. Bunun nedeni joule'un nispeten küçük bir enerji birimi olmasıdır. İngiliz sistemi pound-feet / saniye kullanıyor.
Endüstride ve enerjide nelerden oluşur ve uygulamaları
Güç kavramı, mekanik, elektriksel, kimyasal, rüzgar, sonik veya her türlü enerji türüne uygulanabilir. Endüstride zaman çok önemlidir çünkü süreçler olabildiğince hızlı çalışmalıdır.
Yeterli zamanı olduğu sürece herhangi bir motor gerekli işi yapacaktır ancak önemli olan bunu mümkün olan en kısa sürede yapmak, verimliliği artırmaktır.
İş ve iktidar arasındaki ayrımı iyi açıklığa kavuşturmak için hemen çok basit bir uygulama anlatılır.
Ağır bir nesnenin bir ip tarafından çekildiğini varsayalım. Bunu yapmak için, gerekli işi yapması için harici bir aracıya ihtiyaç vardır. Diyelim ki bu ajanın 90 J enerjiyi nesne dizgisi sistemine aktardığını, böylece 10 saniye süreyle harekete geçmesini sağlayalım.
Böyle bir durumda enerji aktarım hızı 90 J / 10 s veya 9 J / s'dir. O zaman, bir kişinin veya bir motorun o ajanın 9 W'lık bir çıkış gücüne sahip olduğunu doğrulayabiliriz.
Başka bir dış etken aynı yer değiştirmeyi ya daha kısa sürede ya da daha az enerji aktararak başarabiliyorsa, o zaman daha fazla güç geliştirebilir.
Başka bir örnek: sistemi 4 saniye süreyle harekete geçirmeyi başaran 90 J'lik bir enerji transferini varsayalım. Çıkış gücü 22,5 W olacaktır.
Bir makinenin performansı
Güç, performansla yakından ilgilidir. Bir makineye sağlanan enerji hiçbir zaman tam anlamıyla faydalı işe dönüştürülmez. Makinenin tasarımı gibi birçok faktöre bağlı olan önemli bir kısım genellikle ısıda dağılır.
Bu nedenle, teslim edilen iş ile sağlanan enerji arasındaki bölüm olarak tanımlanan makinelerin performansını bilmek önemlidir:
Yunanca η harfinin verimi ifade ettiği yerde, her zaman 1'den küçük olan boyutsuz bir miktar. Ayrıca 100 ile çarpılırsa, yüzde cinsinden verime sahibiz.
Örnekler
- İnsanlar ve hayvanlar hareket sırasında güç geliştirir. Örneğin, merdiven çıkmak yer çekimine karşı çalışmayı gerektirir. Bir merdivene tırmanan iki kişiyi karşılaştırdığımızda, tüm basamakları ilk tırmanan kişi diğerinden daha fazla güç geliştirmiş olacak, ancak ikisi de aynı işi yaptı.
- Ev aletlerinin ve makinelerin çıkış gücü belirtilmiştir. Bir odayı iyi aydınlatmak için uygun bir akkor ampulün gücü 100 W'tır. Bu, ampulün elektrik enerjisini 100 J / s hızında ışığa ve ısıya (çoğu) dönüştürdüğü anlamına gelir.
- Çim biçme makinesinin motoru yaklaşık 250 W tüketebilir ve bir arabanınki 70 kW civarındadır.
- Ev yapımı bir su pompası genellikle 0,5 hp sağlar.
- Güneş 3.6 x 10 26 W güç üretir .
Güç ve hız
Anlık güç, sonsuz küçük bir zaman alınarak elde edilir: P = dW / dt. Küçük sonsuz küçük yer değiştirmesine neden olan iş üreten kuvvet X olan F (her ikisi de vektörleri), bu nedenle dW = F d x . İktidar ifadesinde her şeyi değiştirerek, kalır:
İnsan gücü
İnsanlar ağırlık kaldırmak gibi en azından kısa bir süre için 1500 W veya 2 beygir gücü civarında güç üretebilirler.
Ortalama olarak, günlük güç çıkışı (8 saat) kişi başına 0.1 hp'dir. Bunların çoğu, 75W akkor ampulün ürettiği yaklaşık aynı miktar ısıya çevrilir.
Antrenman yapan bir sporcu, kimyasal enerjiyi (glikoz ve yağ) mekanik enerjiye dönüştürerek yaklaşık 350 J / s'ye eşdeğer ortalama 0,5 hp üretebilir.
Şekil 2. Bir atlet ortalama 2 hp güç geliştirir. Kaynak: Pixabay.
İnsan gücü söz konusu olduğunda, genellikle watt yerine kilo kalori / saat cinsinden ölçmek tercih edilir. Gerekli denklik şudur:
0,5 hp'lik bir güç çok küçük bir miktar gibi ses çıkarır ve birçok uygulama içindir.
Ancak 1979'da uçabilen insan gücüyle çalışan bir bisiklet yaratıldı. Paul MacCready, İngiliz Kanalını aşan ve ortalama 190 W güç üreten Gossamer Albatross'u tasarladı (Şekil 1).
Elektrik enerjisinin dağıtımı
Önemli bir uygulama, elektrik enerjisinin kullanıcılar arasında dağıtılmasıdır. Tüketilen enerji için elektrik faturası sağlayan şirketler, tüketildiği oran değil. Bu nedenle faturanızı dikkatlice okuyanlar çok özel bir birim bulacaklar: kilovat-saat veya kW-h.
Bununla birlikte, Watt adı bu üniteye dahil edildiğinde, gücü değil enerjiyi ifade eder.
Kilowatt-saat, elektrik enerjisi tüketimini belirtmek için kullanılır, çünkü daha önce de belirtildiği gibi, joule oldukça küçük bir birimdir: 1 watt-saat veya Wh, 1 watt'lık bir güçle 1 saatte yapılan iştir.
Dolayısıyla 1 kW-h, 1kW veya 1000 W gücünde çalışan bir saatte yapılan iştir. Bu miktarları joule'ye çevirmek için sayıları koyalım:
Bir hane halkının ayda yaklaşık 200 kW-saat tüketebileceği tahmin edilmektedir.
Egzersizler
1. Egzersiz
Bir çiftçi, bir balya M = 150 kg balyayı 15 ° 'lik bir eğim yukarı çekip ahıra 5,0 km / s'lik sabit bir hızla getirmek için bir traktör kullanır. Saman balyası ile oluk arasındaki kinetik sürtünme katsayısı 0,45'tir. Traktörün güç çıkışını bulun.
Çözüm
Bu problem için, eğimde yükselen saman balyası için bir serbest cisim diyagramı çizmeniz gerekir. F traktörün balyayı kaldırmak için uyguladığı kuvvet olsun , α = 15º eğim açısıdır.
Buna ek olarak, kinetik sürtünme kuvveti f sürtünme hareketine karşı katılır, ayrıca, normal N ve ağırlık B (çalışma bununla ağırlığının W karıştırmayın).
Şekil 3. Saman balyasının izole edilmiş gövde diyagramı. Kaynak: F. Zapata.
Newton'un ikinci yasası aşağıdaki denklemleri sunar:
Hız ve kuvvet aynı yöne ve anlama sahiptir, bu nedenle:
Hız birimlerini dönüştürmek gerekir:
Değerleri değiştirmek, sonunda şunu elde ederiz:
Egzersiz 2
Şekilde gösterilen motorun 2 m bir ivme ile, geri kalan başlangıç malzemesi 2 kg blok kaldıracağı / s 2 ve 2 saniye içinde.
Şekil 4. Bir motor, bir nesneyi, iş yapmak ve güç geliştirmek için gerekli olan belirli bir yüksekliğe kaldırır. Kaynak: F. Zapata.
Hesaplamak:
a) O sırada bloğun ulaştığı yükseklik.
b) Bunu başarmak için motorun geliştirmesi gereken güç.
Çözüm
a) Düzgün değişen doğrusal bir harekettir, bu nedenle ilgili denklemler başlangıç hızı 0 ile kullanılacaktır. Ulaşılan yükseklik şu şekilde verilir:
b) Motor tarafından geliştirilen gücü bulmak için denklem kullanılabilir:
Ve bloğa uygulanan kuvvet, büyüklük olarak sabit olan ipteki gerilimden geçtiği için:
P = (ma) .y / Δ t = 2 kg x 2 m / s 2 x 4 m / 2 s = 8 W
Referanslar
- Figueroa, D. (2005). Seri: Bilim ve Mühendislik için Fizik. Cilt 2. Dinamikler. Douglas Figueroa (USB) tarafından düzenlendi.
- Knight, R. 2017. Bilim Adamları ve Mühendislik için Fizik: Bir Strateji Yaklaşımı. Pearson.
- Fizik Libretexts. Güç. Kurtarıldı: phys.libretexts.org
- Fizik Hiper Metin Kitabı. Güç. Physics.info adresinden kurtarıldı.
- İş, enerji ve güç. Erişim: ncert.nic.in