KUASA MEKANIKAL: APA ITU, APLIKASI, CONTOH - FIZIKAL - 2026

Yang kuasa mekanikal adalah kadar di mana kerja-kerja, yang dinyatakan secara matematik oleh jumlah kerja yang dilakukan per unit masa dilakukan. Dan kerana kerja dilakukan dengan mengorbankan tenaga yang diserap, ia juga dapat dinyatakan sebagai tenaga per unit masa.

Memanggil P ke kuasa, W ke tempat kerja, E ke tenaga dan t ke masa, semua perkara di atas dapat diringkaskan dalam ungkapan matematik yang mudah digunakan:

Gambar 1. Gossamer Albatross, 'basikal terbang', melintasi Selat Inggeris pada akhir 1970-an, hanya menggunakan kekuatan manusia. Sumber: Wikimedia Commons. Gossamer Albatross. Guroadrunner di Wikipedia Inggeris

Wahai:

Ia dinobatkan sebagai penghormatan kepada jurutera Scotland, James Watt (1736-1819), yang terkenal dengan mencipta mesin wap kondensor, sebuah penemuan yang memulakan Revolusi Industri.

Unit kuasa lain yang digunakan dalam industri adalah hp (kuasa kuda atau kuasa kuda) dan CV (tenaga kuda). Asal-usul unit ini juga berasal dari James Watt dan Revolusi Industri, ketika standard pengukuran adalah kadar di mana kuda berfungsi.

Kedua-dua hp dan CV kira-kira sama dengan ilo kilo-W dan masih banyak digunakan, terutamanya dalam kejuruteraan mekanikal, misalnya dalam penentuan motor.

Gandaan watt, seperti kilo-W = 1000 W yang disebutkan sebelumnya juga sering digunakan dalam kuasa elektrik. Ini kerana joule adalah unit tenaga yang agak kecil. Sistem British menggunakan pound-kaki / saat.

Apa itu terdiri dan aplikasi dalam industri dan tenaga

Konsep kuasa boleh digunakan untuk semua jenis tenaga, sama ada mekanikal, elektrik, kimia, angin, sonik atau apa sahaja. Masa sangat penting dalam industri, kerana proses mesti berjalan secepat mungkin.

Mana-mana motor akan melakukan kerja yang diperlukan selagi mempunyai masa yang cukup, tetapi yang penting adalah melakukannya dalam masa sesingkat mungkin, untuk meningkatkan kecekapan.

Aplikasi yang sangat mudah segera dijelaskan untuk menjelaskan dengan jelas perbezaan antara kerja dan kuasa.

Katakan objek berat ditarik oleh tali. Untuk melakukan ini, ejen luaran diperlukan untuk melakukan kerja yang diperlukan. Katakan bahawa agen ini memindahkan 90 J tenaga ke sistem rentetan objek, sehingga ia bergerak selama 10 saat.

Dalam kes sedemikian, kadar pemindahan tenaga adalah 90 J / 10 s atau 9 J / s. Kemudian kita dapat mengesahkan bahawa ejen itu, seseorang atau motor, mempunyai kuasa output 9 W.

Sekiranya ejen luaran lain dapat mencapai anjakan yang sama, dalam masa yang lebih sedikit atau dengan memindahkan lebih sedikit tenaga, maka ia mampu mengembangkan daya yang lebih besar.

Contoh lain: anggap pemindahan tenaga 90 J, yang berjaya menggerakkan sistem selama 4 saat. Kuasa output akan 22.5 W.

Prestasi mesin

Kekuatan berkait rapat dengan prestasi. Tenaga yang dibekalkan kepada mesin tidak pernah sepenuhnya berubah menjadi kerja berguna. Bahagian penting biasanya hilang dalam keadaan panas, yang bergantung kepada banyak faktor, contohnya reka bentuk mesin.

Itulah sebabnya penting untuk mengetahui prestasi mesin, yang ditakrifkan sebagai hasil antara kerja yang dihantar dan tenaga yang dibekalkan:

Di mana huruf Yunani η menunjukkan hasil, kuantiti tanpa dimensi yang selalu kurang dari 1. Sekiranya ia juga dikalikan dengan 100, kita mempunyai hasil dalam bentuk peratusan.

Contoh

- Manusia dan haiwan mengembangkan daya semasa bergerak. Contohnya, menaiki tangga memerlukan kerja melawan graviti. Membandingkan dua orang yang menaiki tangga, yang menaiki semua tangga pertama akan mengembangkan kekuatan lebih banyak daripada yang lain, tetapi mereka berdua melakukan pekerjaan yang sama.

- Peralatan dan mesin rumah tangga mempunyai daya output yang ditentukan. Mentol lampu pijar yang sesuai untuk menyalakan sumur bilik mempunyai kuasa 100 W. Ini bermaksud bahawa mentol mentransformasikan tenaga elektrik menjadi cahaya dan panas (sebahagian besarnya) pada kadar 100 J / s.

- Motor mesin pemotong rumput boleh menggunakan sekitar 250 W dan sebuah kereta berada pada tahap 70 kW.

- Pam air buatan sendiri biasanya membekalkan 0.5 hp.

- Matahari menghasilkan kuasa 3.6 x 10 ²⁶ W.

Kuasa dan kelajuan

Kuasa seketika diperoleh dengan mengambil masa minimum: P = dW / dt. Daya yang menghasilkan kerja yang menyebabkan sesaran kecil d x adalah F (kedua-duanya adalah vektor), oleh itu dW = F d x . Mengganti semua yang ada dalam ungkapan untuk kekuatan, ia tetap:

Kekuatan manusia

Orang mampu menghasilkan tenaga sekitar 1500 W atau 2 kuasa kuda, sekurang-kurangnya untuk waktu yang singkat, seperti mengangkat berat.

Rata-rata, output kuasa harian (8 jam) ialah 0.1 hp setiap orang. Sebilangan besar diterjemahkan menjadi panas, kira-kira jumlah yang sama dihasilkan oleh lampu pijar 75W.

Seorang atlet dalam latihan dapat menghasilkan purata 0,5 hp bersamaan dengan 350 J / s lebih kurang, dengan mengubah tenaga kimia (glukosa dan lemak) menjadi tenaga mekanikal.

Rajah 2. Seorang atlet mengembangkan daya purata 2 hp. Sumber: Pixabay.

Ketika menggunakan tenaga manusia, biasanya lebih disukai untuk mengukur dalam kilo-kalori / jam, daripada watt. Kesetaraan yang diperlukan adalah:

Kekuatan 0,5 hp terdengar seperti jumlah yang sangat kecil, dan ini untuk banyak aplikasi.

Namun, pada tahun 1979 sebuah basikal bertenaga manusia diciptakan yang dapat terbang. Paul Mac telah merancang Gossamer Albatross, yang melintasi Selat Inggeris menghasilkan output purata 190 W (Rajah 1).

Pengagihan tenaga elektrik

Aplikasi penting ialah pengagihan tenaga elektrik antara pengguna. Syarikat yang membekalkan bil elektrik untuk tenaga yang digunakan, bukan kadar di mana ia digunakan. Itulah sebabnya mereka yang membaca bil anda dengan teliti akan menemui unit yang sangat spesifik: kilowatt-hour atau kW-h.

Walau bagaimanapun, apabila nama Watt dimasukkan ke dalam unit ini, ia merujuk kepada tenaga dan bukan kuasa.

Kilowatt-hour digunakan untuk menunjukkan penggunaan tenaga elektrik, kerana joule, seperti yang disebutkan sebelumnya, adalah unit yang cukup kecil: 1 watt-hour atau Wh adalah pekerjaan yang dilakukan dalam 1 jam dengan kekuatan 1 watt.

Oleh itu 1 kW-h adalah kerja yang dilakukan dalam satu jam bekerja dengan kuasa 1kW atau 1000 W. Mari letakkan nombor untuk menukar jumlah ini menjadi joule:

Dianggarkan bahawa isi rumah boleh menggunakan sekitar 200 kW-jam sebulan.

Latihan

Latihan 1

Seorang petani menggunakan traktor untuk menarik seberat rumput kering M = 150 kg sehingga condong 15 ° dan membawanya ke lumbung dengan kelajuan berterusan 5.0 km / jam. Pekali geseran kinetik antara hay bale dan pelongsor adalah 0.45. Cari output kuasa traktor.

Penyelesaian

Untuk masalah ini, anda perlu melukis gambarajah badan bebas untuk bale jerami yang naik di lereng. Biarkan F menjadi daya yang dikenakan oleh traktor untuk mengangkat bale, α = 15º adalah sudut kecenderungan.

Sebagai tambahan, daya geseran kinetik f _geseran yang menentang pergerakan terlibat, ditambah N normal dan berat W (jangan mengelirukan W berat dengan yang dilakukan).

Rajah 3. Gambarajah badan terpencil hay bale. Sumber: F. Zapata.

Undang-undang kedua Newton menawarkan persamaan berikut:

Kelajuan dan daya mempunyai arah dan rasa yang sama, oleh itu:

Ia diperlukan untuk mengubah unit halaju:

Mengganti nilai, akhirnya kita dapat:

Latihan 2

Motor yang ditunjukkan dalam gambar akan mengangkat blok 2 kg, bermula dari rehat, dengan pecutan 2 m / s ² dan dalam 2 saat.

Gambar 4. Motor mengangkat objek ke ketinggian tertentu, yang mana perlu melakukan kerja dan mengembangkan daya. Sumber: F. Zapata.

Kira:

a) Ketinggian yang dicapai oleh blok pada masa itu.

b) Kekuatan yang mesti dikembangkan oleh enjin untuk mencapainya.

Penyelesaian

a) Ini adalah gerakan segiempat yang seragam, oleh itu persamaan yang sesuai akan digunakan, dengan halaju awal 0. Ketinggian yang dicapai diberikan oleh:

b) Untuk mencari daya yang dikembangkan oleh motor, persamaan boleh digunakan:

Dan kerana daya yang diberikan pada blok adalah melalui ketegangan dalam tali, yang berterusan dalam magnitud:

P = (ma) .y / Δ t = 2 kg x 2 m / s ² x 4 m / 2 s = 8 W

Rujukan

1. Figueroa, D. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 2. Dinamika. Disunting oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Knight, R. 2017. Fizik untuk Saintis dan Kejuruteraan: Pendekatan Strategi. Pearson.
3. Libreteks Fizik. Kuasa. Dipulihkan dari: phys.libretexts.org
4. Buku Hiperteks Fizik. Kuasa. Dipulihkan dari: physics.info.
5. Kerja, tenaga dan kuasa. Diperolehi dari: ncert.nic.in