![[기본기][전자기학 9강] 기계력의 실체는 무엇인가?](https://i.ytimg.com/vi/u88VGWF0mrM/hqdefault.jpg)
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찾을 수 있습니다 기계적 힘 현대 세계 어디에서나 사용됩니다. 오늘 차에 타 셨나요? 연료, 배터리 등의 에너지를 사용하여 차륜, 기어, 벨트 등의 상호 연결된 일련의 기계적 구성 요소를 움직여 바퀴를 돌리고 차량을 전진시킬 때까지 에너지를 사용했습니다.
힘 물리학에서 율 어느 곳에서 작업 시간이 지남에 따라 수행됩니다. "기계적"이라는 단어는 단지 설명적일뿐입니다. 그것은 동력이 기계와 관련이 있으며 자동차의 구동계 또는 시계 톱니와 같은 다른 구성 요소의 움직임과 관련이 있음을 알려줍니다.
기계적 동력 공식은 다른 형태의 동력에 사용되는 것과 동일한 기본 물리 법칙을 사용합니다.
TL; DR (너무 길고 읽지 않음)
힘 피 로 정의된다 작업 여 위에 시각 티 다음 공식에 따라. 단위에 대한 참고 사항 : 전력은 와트 (W), 줄 (J) 및 초 단위의 시간 (초)이어야합니다. 값을 연결하기 전에 항상 두 번 확인하십시오.
피 = 여 / 티
기계적 동력은 화학적 또는 열과 같은 다른 유형의 동력에 적용되는 동일한 법률을 따릅니다. 기계적 힘 예를 들어 앤티크 시계 내부의 기어, 휠 및 풀리와 같은 기계 시스템의 움직이는 구성 요소와 관련된 힘입니다.
에너지, 힘, 일과 힘
역학적 동력 표현을 이해하려면 다음 네 가지 상호 관련 용어를 배치하는 것이 좋습니다. 에너지, 힘, 작업 과 힘.
역학 방정식
에너지와 일의 관계로 인해 수학적으로 힘을 표현하는 두 가지 일반적인 방법이 있습니다. 첫 번째는 작업 여 과 시각 티:
피 = 여/티
직선 운동의 힘
선형 모션을 다루는 경우 적용된 힘이 힘 동작에 따라 직선 경로를 따라 객체를 앞뒤로 이동한다고 가정 할 수 있습니다. 트랙의 기차를 생각하십시오. 지향성 구성 요소는 기본적으로 자체를 관리하므로 다음을 사용하여 간단한 수식으로 표현할 수 있습니다. 힘, 거리, 속도.
이러한 상황에서 작업 여 로 정의 할 수 있습니다 힘 에프 × 거리 디. 위의 기본 방정식에 연결하면 다음과 같은 결과가 나타납니다.
피 = 에프 ×d / t
익숙한 것이 있습니까? 선형 모션으로 거리 로 나눈 시각 에 대한 정의입니다 속도 (V) 따라서 다음과 같이 힘을 표현할 수 있습니다.
피 = 에프(디/티) = 에프 × V
계산 예 : 세탁물 운반
좋습니다. 그것은 많은 추상 수학이지만, 이제 샘플 문제를 해결하기 위해 작동하도록하겠습니다.
부모님은 위층에 10 킬로그램의 깨끗한 세탁물을 가지고 오라고 요청합니다. 계단을 오르는 데 보통 30 초가 걸리고 계단의 높이가 3 미터 인 경우, 옷을 계단 하단에서 상단으로 운반하는 데 어느 정도의 전력을 소비해야하는지 추정하십시오.
프롬프트를 기반으로, 우리는 그 시간을 알고 티 30 초가 되겠지만, 우리는 일할 가치가 없습니다 여. 그러나 추정을 위해 시나리오를 단순화 할 수 있습니다. 각 단계마다 세탁물을 앞뒤로 움직이는 것에 대해 걱정하지 말고 세탁물을 시작 높이에서 직선으로 올리는 것으로 가정하십시오. 이제 우리는 피 = 에프 × 디 / 티 기계적인 힘의 표현이지만, 여전히 우리는 관련된 힘을 알아 내야합니다.
세탁물을 운반하기 위해서는 세탁물에 가해지는 힘을 상쇄해야합니다. 중력의 힘이 F = mg 아래쪽 방향으로, 같은 방향으로 위쪽 힘을 가해 야합니다. 참고 지 지구상에서 9.8m / s의 중력으로 인한 가속도2. 이를 염두에두고 표준 전력 공식의 확장 버전을 만들 수 있습니다.
피 = (엠 × 지) (디 / 티)
질량, 가속도, 거리 및 시간에 대한 값을 연결할 수 있습니다.
P = (10 kg × 9.8 m / s2) (3m / 30 초)
P = 9.08 와트
따라서 세탁물을 운반하려면 약 9.08 와트를 소비해야합니다.
복잡성에 대한 최종 메모
우리의 논의는 매우 간단한 시나리오와 비교적 간단한 수학으로 제한되었습니다. 고급 물리학에서 복잡한 형태의 기계적 동력 방정식은 미적분과 여러 힘, 곡선 이동 및 기타 복잡한 요인을 고려한 더 길고 복잡한 공식을 사용해야 할 수 있습니다.
더 자세한 정보가 필요하면 Georgia State University가 호스팅하는 HyperPhysics 데이터베이스가 훌륭한 자료입니다.