Puissance mécanique qu'est-ce que les applications, les exemples

La Puissance mécanique C'est le rythme auquel le travail est effectué, qui s'exprime de manière mathématique pour la quantité de travail effectuée par unité de temps. Et comme le travail est effectué au détriment de l'énergie absorbée, elle peut également être augmentée en énergie par unité de temps.

Appel P au pouvoir, W au travail, ET à l'énergie et t Dans le même temps, tout ce qui précède peut être résumé en manipulant facilement les expressions mathématiques:

Figure 1. Le Gossamer Albatross, le «vélo volant», a traversé le canal de La Mancha à la fin des années 1970, en utilisant uniquement la puissance humaine. Source: Wikimedia Commons. Albatross gossamer. Guroadrunner à English Wikipedia [Domaine public]

Ou bien:

Les unités de puissance du système international (SI), qui est le système des unités universellement adoptées, sont le Joule / Second ou Watt, qui est abrégé W. Il a ainsi été nommé en l'honneur de l'ingénieur écossais James Watt (1736-1819), connu pour avoir créé la machine à vapeur avec un condenseur, une invention qui a commencé la révolution industrielle.

Les autres unités d'électricité utilisées dans les industries sont HP (Power ou Power Horse) et le CV (cheval à vapeur). L'origine de ces unités remonte également à James Watt et à la révolution industrielle, lorsque le modèle de mesure était le rythme avec lequel un cheval vers le travail.

Le HP et le CV équivalent à environ ¾ de kilo-w étant encore utilisés, en particulier en génie mécanique, par exemple dans la désignation des moteurs.

Les multiples watt, comme le kilo-w susmentionné = 1000 W sont également fréquemment utilisés en électricité. C'est parce que le Joule est une unité d'énergie relativement petite. Le système britannique utilise Balance-Pie / Second.

[TOC]

Qu'est-ce que l'industrie et les applications énergétiques

Le concept de puissance est applicable à tous les types d'énergie, que ce soit mécanique, électrique, chimique, éolien, sononique ou toute nature. Le temps est très important dans l'industrie, car les processus doivent être exécutés le plus rapidement possible.

Tout moteur fera le travail nécessaire pour avoir suffisamment de temps, mais l'important est de le faire dans les plus brefs délais, pour augmenter l'efficacité.

Une application très simple est décrite immédiatement pour clarifier la distinction entre le travail et le puits de puissance.

Supposons qu'un objet lourd soit interrompu par une corde. Pour ce faire, un agent externe qui fait le travail nécessaire est requis. Disons que cet agent transfère 90 J d'énergie au système d'objet-corps, afin qu'il soit mis en mouvement pendant 10 secondes.

Peut vous servir: vague croisée

Dans ce cas, le taux de transfert d'énergie est de 90 J / 10 S ou 9 J / S. Ensuite, nous pouvons affirmer que cet agent, une personne ou un moteur a une puissance de sortie de 9 W.

Si un autre agent externe est en mesure d'obtenir le même déplacement, soit en moins de temps, soit en transfert moins d'énergie, il est capable de développer une plus grande puissance.

Un autre exemple: supposons un transfert d'énergie de 90 J, qui parvient à déplacer le système pendant 4 secondes. La puissance de sortie sera de 22.5 W.

Performance de la machine

Le pouvoir est étroitement lié aux performances. L'énergie fournie à une machine n'est jamais complètement transformée en travail utile. Une partie importante est généralement dissipée dans la chaleur, qui dépend de nombreux facteurs, par exemple la conception de la machine.

C'est pourquoi il est important de connaître les performances des machines, qui est définie comme le rapport entre les travaux livrés et l'énergie fournie:

η = travail livré par la machine / énergie fournie

Où les paroles grecques η Indique les performances, un montant supplémentaire qui est toujours inférieur à 1. Si vous multipliez également par 100, vous avez les performances en pourcentage.

Exemples

- Les êtres humains et les animaux développent le pouvoir pendant la locomotion. Par exemple, lors de l'escalade des escaliers, il est nécessaire de travailler contre la gravité. Comparaison de deux personnes qui montent une échelle, qui monte en premier, auront développé plus de puissance que l'autre, mais les deux ont fait le même travail.

- Les appareils et les machines sont spécifiés leur puissance de sortie. Une ampoule à incandescence appropriée pour éclairer un puits de pièce a une puissance de 100 W. Cela signifie que l'ampoule transforme l'électricité en lumière et chaleur (la plupart) à un taux de 100 J / s.

- Le moteur d'une élagage d'herbe peut consommer environ 250 W et celui d'une voiture est dans l'ordre des 70 kW.

- Une pompe à eau maison fournit généralement 0.5 HP.

- Le soleil génère 3.6 x 10 ²⁶ W Power.

Puissance et vitesse

La puissance instantanée est obtenue en prenant un temps infinitésimal: P = DW / DT. La force produite par le travail causal du petit déplacement infinitésimal dX est F (les deux sont des vecteurs) donc dw = F ● dX. Remplacer tout dans l'expression pour le pouvoir, reste:

Peut vous servir: force centrifuge: formules, comment elle est calculée, exemples, exercices

Par conséquent, la puissance peut également être exprimée comme le produit scalaire entre la force et la vitesse.

La puissance humaine

Les gens sont capables de générer des pouvoirs d'environ 1500 W ou 2 chevaux, du moins pendant une courte période, comme peser des poids.

En moyenne, la puissance quotidienne (8 heures) est 0.1 HP par personne. Dont une grande partie se traduit par la chaleur, plus ou moins la même quantité générée par une ampoule à incandescence de 75 W.

Un athlète en entraînement peut générer en moyenne 0.5 HP équivalent à environ 350 J / s, en transformant l'énergie chimique (glucose et graisse) en énergie mécanique.

Figure 2. Un athlète développe une puissance moyenne de 2 HP. Source: Pixabay.

En ce qui concerne le pouvoir humain, il est généralement préféré. L'équivalence nécessaire est:

1 kilocaloria = 1 calorie nutritionnelle = 4186 J

Une puissance de 0.5 HP semble être une très petite quantité, et c'est pour de nombreuses applications.

Cependant, en 1979, un vélo propulsé par les humains a été créé qui pourrait voler. Paul MacCready a conçu le Albatross gossamer, Cela a traversé le canal de la Mancha générant 190 W de sortie moyenne (figure 1).

Distribution de l'énergie électrique

Une application importante est la distribution de l'électricité parmi les utilisateurs. Les entreprises qui fournissent l'électricité facturent l'énergie consommée, et non la vitesse à laquelle elle est consommée. C'est pourquoi ceux qui lisent attentivement leur facture trouveront une unité très spécifique: le kilowatt-hora ou le kw-h.

Cependant, lorsque le nom de Watt est inclus dans cette unité se réfère à l'énergie et non à la puissance.

Le kilowatt-hora est utilisé pour indiquer la consommation d'électricité, car le Joule, comme mentionné précédemment, est une unité assez petite: 1 watt-hora ou w-h C'est le travail effectué en 1 heure par une puissance de 1 watt.

Donc 1 kW-H C'est le travail qui est fait en une heure en travaillant avec une puissance de 1 kW ou 1000 W. Mettons les chiffres pour passer ces montants à Joules:

1 W-H = 1 W x 3600 S = 3600 J

1 kW-h = 1000 W x 3600 s = 3.6 x 10 ⁶ J

On estime que dans une maison d'environ 200 kW-hora peut être consommée par mois.

Il peut vous servir: pression absolue: formule, comment elle est calculée, exemples, exercices

Exercices

Exercice 1

Un agriculteur utilise un tracteur pour tirer un paca de foin de M = 150 kg sur un plan incliné à 15 ° et l'emmener dans la grange, à une vitesse constante de 5.0 km / h. Le coefficient de frottement cinétique entre le foin fardo et la rampe est 0.Quatre cinq. Trouvez la puissance de sortie du tracteur.

Solution

Pour ce problème, il est nécessaire de dessiner un diagramme corporel libre pour le fard Fardo qui monte sur le plan incliné. Être F La force qui applique le tracteur pour gravir le bundo, α = 15º est l'angle d'inclinaison.

De plus, la force de friction cinétique est impliquée F_touche qui s'oppose au mouvement, plus la normale N Et le poids W (Ne confondez pas le w de poids avec celui du travail).

figure 3. Schéma corporel isolé Heo Fardo. Source: F. Zapata.

La deuxième loi de Newton propose les équations suivantes:

∑ fx = f -w_X -F_touche = 0 (puisque le Bundo augmente à vitesse constante)

∑fy = n - w_et = 0 (Il n'y a pas de mouvement le long de l'axe x)

Le frottement cinétique est calculé par:

F_touche = Coefficient de frottement cinétique

F_touche = 0.Quatre cinq . Wy = 0.45 x 150 kg x9.8 m / s2 x cos 15º = 639 n

F = w_X + F_touche = M.g. Sin α = 150 kg. 9.8 m / s² . péché 15 º + 639 n =  1019.42 N

La vitesse et la force ont donc la même direction et le même sens:

P = F ● V = F. V

Il est nécessaire de transformer les unités de vitesse:

v = 5.0 km / h = 1.39 m / s

Remplacement des valeurs, vous obtenez enfin:

P = 1019.42 n x 1.39 m / s = 1417 W = 1.4 kW

Exercice 2

Le moteur illustré sur la figure téléchargera le bloc de 2 kg, à partir du repos, avec une accélération de 2 m / s² Et en 2 secondes.

Figure 4. Un moteur élève un objet à une certaine hauteur, pour laquelle il est nécessaire de travailler et de développer l'énergie. Source: F. Zapata.

Calculer:

a) La hauteur atteinte par le bloc à ce moment-là.

b) la puissance que le moteur doit développer pour y parvenir.

Solution

a) Il s'agit d'un mouvement rectiligne uniformément varié, donc les équations correspondantes seront utilisées, avec une vitesse initiale 0. La hauteur atteinte est donnée par:

y = ½ ಠ= ½ . 2 m / s² . (2 s)² = 4 m.

b) Pour trouver la puissance développée par le moteur, l'équation peut être utilisée:

P = ΔAvec Δt

Et puisque la force exercée sur le bloc se fait par la tension dans la corde, ce qui est constant en amplitude:

P = (ma).et / ΔT = 2 kg x 2 m / s² x 4 m / 2 s = 8 W

Les références

1. Figueroa, D. (2005). Série: Physique pour la science et l'ingénierie. 2ieme volume. Dynamique. Édité par Douglas Figueroa (USB).
2. Chevalier, r.  2017. Physique pour les scientifiques et l'ingénierie: une approche stratégique.  Pearson.
3. Bibliothèque de physique. Pouvoir. Récupéré de: Phys.Bibliothèque.org
4. Le livre hypertexte physique. Pouvoir. Récupéré de: physique.Info.
5. Travail, énergie et puissance. Récupéré de: NCERT.Nic.dans