Työn, tehon ja energian laskeminen
Fysiikassa työllä on tarkka määritelmä: energia siirtyy, kun voima liikuttaa esinettä siirtymän kautta. Teho on nopeus, jolla työtä tehdään. Nämä käsitteet ovat perustana koneenrakennukselle ja päivittäiselle energiankäytölle.
Avainkaavat
Työ:
W = F × d × cos(θ)
Missä F on voima (N), d on siirtymä (m) ja θ on voiman ja siirtymän välinen kulma.
Teho:
P = W / t = F × v
Kineettinen energia:
KE = ½ × m × v²
Potentiaalinen energia:
PE = m × g × h
Vaiheittaiset esimerkit
Työesimerkki: Työnnät laatikkoa 5 metriä lattiaa pitkin 40 N:n vaakasuuntaisella voimalla. W = 40 × 5 × cos(0°) = 40 × 5 × 1 = 200 joulea
Tehoesimerkki: Teet 200 J työtä 4 sekunnissa. P = 200/4 = 50 wattia
Ramppiongelma: Kuinka paljon työtä työnnät 100 kg:n häkin 10 m ylöspäin 30°:n kitkatonta ramppia pitkin? Saavutettu korkeus: h = 10 × sin(30°) = 5 m Työ = PE:n muutos = m × g × h = 100 × 9,81 × 5 = 4 905 J
Yksiköt
| Määrä | SI-yksikkö | Yhteinen vastine |
|---|---|---|
| Pakottaa | Newton (N) | 1 kg·m/s² |
| Työ/Energia | joule (J) | 1 N·m |
| Tehoa | watti (W) | 1 J/s |
| 1 hevosvoimaa | 746 W | 550 ft·lb/s |
Energiansäästö
Ihanteellisessa järjestelmässä: KE + PE = vakio (koko mekaaninen energia säilyy). Todelliset järjestelmät menettävät energiaa kitkan ja lämmön vuoksi, mutta kokonaisenergia (mukaan lukien lämpö) säilyy aina.
Käytä työ- ja teholaskuriamme mille tahansa voimalle, etäisyydelle ja ajalle.