Jak działa siła, moc, moment obrotowy i energia

Siła, moc, moment obrotowy i energia - co naprawdę oznaczają te słowa i czy można je stosować zamiennie? © istockphoto.com / AndrewJohnson

Jeśli przeczytałeś wiele artykułów, spotkałeś się z mnóstwem terminologii - takich słów jak masa, siła, moment obrotowy, praca, moc i energia. Co te słowa naprawdę oznaczają i czy można je stosować zamiennie?

W tym artykule pomożemy zebrać całą tę terminologię, podamy kilka przykładów, kiedy każda z nich jest używana, a nawet spróbujemy wykonać kilka obliczeń po drodze, aby ją opanować.

W tym artykule będziemy odnosić się do różnych typów jednostek. W większości krajów na świecie Międzynarodowy układ jednostek (SI - z francuskiego Le Système International d'Unités), zwany również system metryczny, jest akceptowany jako standardowy zestaw jednostek. Ten system zawiera większość jednostek metrycznych, do których jesteś przyzwyczajony, takich jak metry i kilogramy, ale obejmuje również jednostki dla wielu innych właściwości fizycznych i technicznych. Nawet Stany Zjednoczone oficjalnie przyjęły system jednostek SI, ale Jednostki inżynieryjne w języku angielskim (jak funty i stopy) są nadal w codziennym użyciu. Zanim przejdziemy do wyjaśnienia tych terminów, musimy zacząć od kilku podstaw. Zaczniemy od masy i dojdziemy do energii.

Ogólnie, masa jest zdefiniowany jako miara ilości materii zawartej w obiekcie lub ciele -- całkowita liczba cząstek subatomowych (elektronów, protonów i neutronów) w obiekcie. Jeśli pomnożysz swoją masę przez siłę grawitacji Ziemi, otrzymasz swoją wagę. Jeśli więc masa ciała się zmienia z powodu jedzenia lub ćwiczeń, to w rzeczywistości zmienia się liczba atomów.

Ważne jest, aby zrozumieć, że masa jest niezależna od twojej pozycji w przestrzeni. Masa twojego ciała na Księżycu jest taka sama, jak masa na Ziemi, ponieważ liczba atomów jest taka sama. Z drugiej strony siła grawitacji Ziemi zmniejsza się, gdy oddalasz się od Ziemi. Dlatego możesz schudnąć, zmieniając wysokość, ale Twoja masa pozostaje taka sama. Możesz także schudnąć, mieszkając na Księżycu, ale znowu twoja masa jest taka sama.

Masa jest ważna przy obliczaniu, jak szybko rzeczy przyspieszają, gdy przyłożymy do nich siłę. Co decyduje o tym, jak szybko samochód może przyspieszyć? Zapewne wiesz, że Twój samochód przyspiesza wolniej, jeśli jest w nim pięć dorosłych osób, niż gdyby miał tylko jednego. Zbadamy tę zależność między masą, siłą i przyspieszeniem bardziej szczegółowo, gdy porozmawiamy o sile.

Jednostki wspólne Mszy św

SI:

Gram (g)

   1 g = 0,001 kg

Kilogram (kg)

   1 kg = 2,2 funta

1 kg = 0,0685 ślimaka

Język angielski:

Masa funta (lbm)

   1 funt = 0,4536 kg

Ślimak (ślimak)

   1 ślimak = 14,5939 kg

Jeden rodzaj siła każdy zna wagę. To jest ilość siły, którą Ziemia wywiera na ciebie. Istnieją dwie interesujące rzeczy dotyczące tej siły:

• Ściąga cię w dół, a dokładniej w kierunku środka Ziemi.
• Jest proporcjonalna do twojej masy. Jeśli masz większą masę, Ziemia wywiera na ciebie większą siłę.

Kiedy wchodzisz na wagę łazienkową, wywierasz nacisk na wagę. Siła, którą przykładasz do wagi, ściska sprężynę, która porusza igłą. Rzucając piłką baseballową, przykładasz siłę do piłki, co powoduje jej przyspieszenie. Silnik samolotu wytwarza siłę, która wypycha samolot w powietrze. Opony samochodu wywierają siłę na ziemię, która popycha samochód.

Przyczyny siły przyśpieszenie. Jeśli przyłożysz siłę do autka (na przykład popychając go ręką), zacznie się on poruszać. Może się to wydawać proste, ale to bardzo ważny fakt. Ruch samochodu jest regulowany przez Drugie prawo Izaaka Newtona, co stanowi podstawę mechaniki klasycznej. Drugie prawo Newtona stwierdza, że przyspieszenie (a) obiektu jest wprost proporcjonalne do przyłożonej siły (F) i odwrotnie proporcjonalne do masy obiektu (m). Oznacza to, że im większą siłę przykładasz do obiektu, tym większe jest przyspieszenie; a im większą masę ma obiekt, tym mniejsze jest przyspieszenie. Drugą zasadę Newtona podsumowuje się zwykle w postaci równania:

a = F / m lub F = ma

Aby uhonorować osiągnięcie Newtona, standardowa jednostka siły w układzie SI została nazwana niuton. Jeden niuton (N) siły wystarczy, aby przyspieszyć 1 kilogram (kg) masy z prędkością 1 metra na sekundę do kwadratu (m / s²). W rzeczywistości tak naprawdę definiuje się siłę i masę. ZA kilogram to ciężar, przy którym 1 N siły przyspieszy z prędkością 1 m / s². W jednostkach angielskich a ślimak to masa, o jaką 1 funt siły przyspieszy z prędkością 1 stopy / s², i a funt masa to masa, o jaką 1 funt siły przyspieszy przy prędkości 32 stóp / s².

Ziemia wywiera wystarczającą siłę, aby przyspieszyć obiekty, które spadają z prędkością 9,8 m / s², lub 32 stopy / s². Ta siła grawitacyjna jest często określana jako sol w równaniach. Jeśli spadniesz z klifu, na każdą sekundę spadnie to przyspieszy o 9,8 m / s. Jeśli więc spadnie na pięć sekund, osiągnie prędkość 49 m / s. To dość szybkie tempo przyspieszania. Gdyby samochód przyspieszył tak szybko, osiągnąłby 60 mil na godzinę (97 km / h) w mniej niż trzy sekundy!

Jednostki wspólne siły

SI:

niuton (N)

   1 N = 0,225 funta

Język angielski:

Funt (lb)

   1 funt = 4,448 N

Zwykle, gdy mówimy o sile, jest zaangażowanych więcej niż jedna siła i siły te są przykładane w różnych kierunkach. Spójrzmy na schemat samochodu. Kiedy samochód stoi nieruchomo, grawitacja wywiera na samochód siłę skierowaną w dół (siła ta działa na cały samochód, ale dla uproszczenia możemy przyciągnąć siłę w środku ciężkości samochodu). Ale ziemia wywiera równą i przeciwną siłę skierowaną do góry na opony, więc samochód się nie porusza.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Rysunek 1. Animacja sił na samochodzie

Kiedy samochód zaczyna przyspieszać, do gry wchodzą nowe siły. Tylne koła wywierają siłę na ziemię w kierunku poziomym; to sprawia, że ​​samochód zaczyna przyspieszać. Kiedy samochód porusza się powoli, prawie cała siła jest wykorzystywana do przyspieszania samochodu. Samochód wytrzymuje to przyspieszenie za pomocą siła to jest równe jej masa pomnożona przez jego przyśpieszenie. Możesz zobaczyć w Ryc.1 jak strzałka siły zaczyna się duża, ponieważ samochód na początku szybko przyspiesza. Kiedy zaczyna się poruszać, powietrze wywiera siłę na samochód, która rośnie wraz z przyspieszaniem. Ta aerodynamiczna siła oporu działa w kierunku przeciwnym do siły opon, która napędza samochód, więc odejmuje się od tej siły, pozostawiając mniej siły dostępnej do przyspieszenia.

W końcu samochód osiągnie maksymalną prędkość, czyli punkt, w którym nie może już przyspieszyć. W tym momencie siła napędowa jest równa oporowi aerodynamicznemu i nie pozostaje żadna siła, która przyspieszy samochód.

Moment obrotowy jest siła, która ma tendencję do obracania się lub obracania rzeczy. Moment obrotowy generujesz za każdym razem, gdy przykładasz siłę za pomocą klucza. Dobrym przykładem jest dokręcanie nakrętek mocujących koła. Kiedy używasz klucza, przykładasz siłę do uchwytu. Siła ta wytwarza moment obrotowy na nakrętce mocującej, która ma tendencję do obracania nakrętki.

Angielskie jednostki momentu obrotowego to funt-cale lub funt-stopy; jednostką SI jest niutonometr. Zwróć uwagę, że jednostki momentu obrotowego zawierają odległość i siłę. Aby obliczyć moment obrotowy, wystarczy pomnożyć siłę przez odległość od środka. W przypadku nakrętek mocujących, jeśli klucz ma długość stopy i przyłożysz do niego siłę 200 funtów, wygenerujesz moment obrotowy 200 funtów. Jeśli używasz klucza o długości 2 stóp, wystarczy przyłożyć do niego siłę 100 funtów, aby wygenerować ten sam moment obrotowy.

Silnik samochodowy wytwarza moment obrotowy i wykorzystuje go do obracania wałem korbowym. Ten moment obrotowy jest wytwarzany dokładnie w ten sam sposób: siła jest przykładana na odległość. Przyjrzyjmy się bliżej niektórym częściom silnika:

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Rysunek 2. Sposób generowania momentu obrotowego w jednym cylindrze silnika czterosuwowego

Spalanie gazu w cylindrze wytwarza ciśnienie na tłok. To ciśnienie wytwarza siłę na tłoku, która popycha go w dół. Siła jest przenoszona z tłoka na korbowód iz korbowodu na wał korbowy. W Rysunek 2, zwróć uwagę, że punkt, w którym korbowód łączy się z wałem korbowym, znajduje się w pewnej odległości od środka wału. Odległość pozioma zmienia się wraz z obracaniem się wału korbowego, więc zmienia się również moment obrotowy moment obrotowy równa się siła pomnożone przez dystans.

Możesz się zastanawiać, dlaczego tylko odległość pozioma jest ważna przy określaniu momentu obrotowego w tym silniku. Na rysunku 2 widać, że gdy tłok znajduje się w górnej części swojego skoku, korbowód jest skierowany prosto w dół na środek wału korbowego. W tej pozycji nie jest generowany moment obrotowy, ponieważ tylko siła działająca na dźwignię w kierunku prostopadłym do dźwigni generuje moment obrotowy.

Jeśli kiedykolwiek próbowałeś poluzować naprawdę mocno dokręcone nakrętki w swoim samochodzie, wiesz, że dobrym sposobem na wykonanie dużego momentu obrotowego jest ustawienie klucza tak, aby był poziomo, a następnie stanięcie na końcu klucza - w ten sposób przykładasz cały ciężar w odległości równej długości klucza. Gdybyś umieścił klucz rączką skierowaną prosto do góry, a następnie stanął na jej szczycie (zakładając, że możesz zachować równowagę), nie miałbyś szans na poluzowanie nakrętki mocującej. Równie dobrze możesz stanąć bezpośrednio na nakrętce.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Rysunek 3. Symulowany test dynamometryczny dwóch różnych silników

Kliknij tutaj dla wersji dużej.

Rycina 3 pokazuje maksymalny moment obrotowy i moc generowaną przez dwa różne silniki. Jeden silnik to turbodoładowany silnik wysokoprężny Caterpillar C-12. Ten silnik waży około 2000 funtów i ma pojemność skokową 732 cali sześciennych (12 litrów). Drugim silnikiem jest silnie zmodyfikowany silnik Ford Mustang Cobra o pojemności skokowej 280 cali sześciennych (4,6 litra); ma dodatkową sprężarkę i waży około 400 funtów. Oba wytwarzają maksymalnie około 430 koni mechanicznych (KM), ale tylko jeden z tych silników nadaje się do ciągnięcia ciężkiej ciężarówki. Przyczyna leży częściowo w powyższej krzywej mocy / momentu obrotowego.

Kiedy animacja się zatrzymuje, widać, że silnik Caterpillar wytwarza 1650 lb-ft momentu obrotowego przy 1200 obr./min, co daje 377 KM. Przy 5600 obr / min silnik Mustanga również wytwarza 377 KM, ale generuje tylko 354 lb-ft momentu obrotowego. Jeśli przeczytałeś artykuł o przełożeniach biegów, być może zastanawiasz się, jak pomóc silnikowi Mustanga wytwarzać ten sam moment obrotowy 1650 lb-ft. Jeśli w silniku Mustanga zastosujemy redukcję biegów o 4,66: 1, prędkość wyjściowa wyniosłaby (5600 / 4,66 obr / min) 1200 obr / min, a moment obrotowy (4,66 * 354 lb-ft) 1650 lb-ft - dokładnie tyle taki sam jak duży silnik Caterpillar.

Teraz możesz się zastanawiać, dlaczego duże ciężarówki nie używają małych silników gazowych zamiast dużych silników wysokoprężnych? W powyższym scenariuszu duży silnik Caterpillar pracuje z prędkością 1200 obr / min, ładnie i wolno, wytwarzając 377 koni mechanicznych. Tymczasem mały silnik gazowy wrzeszczy z prędkością 5600 obrotów na minutę. Mały silnik gazowy nie wytrzyma zbyt długo przy tej prędkości i mocy. Silnik dużej ciężarówki został zaprojektowany tak, aby wytrzymać lata i pokonywać setki tysięcy mil każdego roku.

Jednostki wspólne Torque

SI:

Niutonometr (Nm)

   1 Nm = 0,737 funt-stopa

Język angielski:

Funt-cal (funt-cal)

   1 funt-cal = 0,113 Nm

Funt-stopa (funt-stopa)

   1 funt-stopa = 1,356 Nm

Plik praca mówimy tutaj, jest pracą w sensie fizycznym. Nie praca domowa, obowiązki domowe, Twoja praca ani żaden inny rodzaj pracy. To stara dobra robota mechaniczna.

Praca to po prostu przykładanie siły na odległość, z jednym zaczepem - odległość liczy się tylko wtedy, gdy jest w kierunku przyłożonej siły. Podnoszenie ciężaru z ziemi i umieszczanie go na półce to dobry przykład pracy. Siła jest równa wadze przedmiotu, a odległość jest równa wysokości półki. Jeśli ciężarek znajdował się w innym pomieszczeniu i musiałeś go podnieść i przejść przez pokój, zanim położysz go na półce, nie wykonałeś więcej pracy niż gdyby leżał na ziemi bezpośrednio pod półką. Mogło się wydawać, że wykonałeś więcej pracy, ale podczas chodzenia z ciężarem poruszałeś się poziomo, podczas gdy siła od ciężaru była pionowa.

Twój samochód też działa. Kiedy się porusza, musi przyłożyć siłę, aby przeciwdziałać siłom tarcia i oporu aerodynamicznego. Jeśli wjeżdża pod górę, wykonuje tę samą pracę, co podczas podnoszenia ciężarów. Kiedy jednak zjeżdża ze wzgórza, wraca do swojej pracy. Wzgórze pomaga samochodowi zjeżdżać.

Praca to energia, która została wykorzystana. Kiedy pracujesz, zużywasz energię. Ale czasami energia, której używasz, może zostać odzyskana. Kiedy samochód wjeżdża pod górę, praca, jaką wykonuje, aby dostać się na szczyt, pomaga mu zejść. Praca i energia są ze sobą ściśle powiązane. Jednostki pracy są takie same, jak jednostki energii, które omówimy później.

Moc jest miarą tego, jak szybko można wykonać pracę. Używając dźwigni, możesz wygenerować moment obrotowy 200 ft-lb. Ale czy mógłbyś obrócić tę dźwignię 3000 razy na minutę? Dokładnie to robi silnik twojego samochodu.

Jednostką mocy SI jest wat. Wat rozkłada się na inne jednostki, o których już mówiliśmy. Jeden wat jest równy 1 niutonometrowi na sekundę (Nm / s). Aby znaleźć moc w watach, można pomnożyć moment obrotowy w niutonometrach przez prędkość obrotową. Innym sposobem spojrzenia na moc jest jednostka prędkości (m / s) połączona z jednostką siły (N). Gdybyś naciskał na coś z siłą 1 N i poruszał się z prędkością 1 m / s, twoja moc wyjściowa wyniosłaby 1 wat.

Ciekawym sposobem, aby dowiedzieć się, ile mocy możesz wytworzyć, jest sprawdzenie, jak szybko możesz wbiec po schodach.

1. Zmierz wysokość schodów, które prowadzą w górę o około trzy piętra.
2. Czas sobie jak najszybciej wbiegać po schodach.
3. Podziel wysokość schodów przez czas potrzebny na wejście na nie. To da ci twoją prędkość.

Na przykład, jeśli pokonanie 10 metrów zajęło ci 15 sekund, twoja prędkość wynosiła 0,66 m / s (ważna jest tylko prędkość w kierunku pionowym). Teraz musisz obliczyć, jaką siłę włożyłeś na te 10 metrów, a ponieważ jedyną rzeczą, którą wciągnąłeś po schodach, byłeś ty, siła ta jest równa twojej wadze. Aby uzyskać ilość wytwarzanej mocy, pomnóż swoją wagę przez prędkość.

Moc (W) = (wysokość schodów (m) / czas wspinania się (s)) * waga (N)

Moc (KM) = [(wysokość schodów (stopy) / czas wspinania się (s)) * masa (funty)] / 550

Jednostki wspólne mocy

SI:

Waty (W)

   1000 W = 1 kW

Kilowat (kW)

   1 kW = 1,341 KM

język angielski

Moc (KM)

   1 KM = 0,746 kW

Energia to ostatni rozdział naszej sagi terminologicznej. Aby wyjaśnić energię, będziemy potrzebować wszystkiego, czego się do tej pory nauczyliśmy.

Jeśli moc jest jak siła sztangisty, energia jest jak wytrzymałość. Energia to miara tego, jak długo możemy utrzymać produkcję mocy, lub ile pracy możemy wykonać. Moc to tempo, w jakim wykonujemy pracę. Jedną wspólną jednostką energii jest kilowatogodzina (kWh). W ostatniej sekcji dowiedziałeś się, że kW to jednostka mocy. Jeśli używamy jednego kW mocy, kWh energii wystarczy na godzinę. Jeśli użyjemy 10 kW mocy, zużyjemy kWh w zaledwie sześć minut.

Istnieją dwa rodzaje energii: potencjał i kinetyczny.

Energia potencjalna

Energia potencjalna jest czekając na przemianę we władzę. Benzyna w zbiorniku paliwa, pokarm w żołądku, ściśnięta sprężyna i ciężar wiszący na drzewie to przykłady energii potencjalnej.

Ciało ludzkie jest rodzajem urządzenia do konwersji energii. Przekształca żywność w moc, którą można wykorzystać do pracy. Silnik samochodowy przekształca benzynę w moc, którą można również wykorzystać do pracy. Zegar wahadłowy to urządzenie, które do pracy wykorzystuje energię zmagazynowaną w wiszących ciężarkach.

Kiedy unosisz przedmiot wyżej, zyskuje on energię potencjalną. Im wyżej go podnosisz i im jest cięższy, tym więcej energii zyskuje. Na przykład, jeśli podniesiesz kulę do kręgli o 1 cal i upuścisz ją na dach swojego samochodu, nie spowoduje to większych uszkodzeń (proszę, nie próbuj tego). Ale jeśli podnosisz kulę 100 stóp i upuszczasz ją na samochód, spowoduje to ogromne wgniecenie w dachu. Ta sama piłka upuszczona z większej wysokości ma znacznie więcej energii. Zatem zwiększając wysokość obiektu, zwiększasz jego energię potencjalną.

Wróćmy do naszego eksperymentu, w którym wbiegliśmy po schodach i dowiedzieliśmy się, ile energii zużyliśmy. Istnieje inny sposób spojrzenia na to, jak obliczyliśmy naszą moc: obliczyliśmy, ile energii potencjalnej zyskało nasze ciało, gdy podnieśliśmy je do określonej wysokości. Ta ilość energii była pracą, którą wykonaliśmy, wbiegając po schodach (siła * odległość lub nasza waga * wysokość schodów). Następnie obliczyliśmy, ile czasu zajęło wykonanie tej pracy i tak odkryliśmy moc. Pamiętaj, że moc to tempo, w jakim pracujemy.

Wzór na obliczenie energii potencjalnej (PE), którą zyskujesz, zwiększając swój wzrost, jest następujący:

PE = siła * odległość

W tym przypadku siła jest równa twojej wadze, która jest twoją masą (m) * przyspieszeniem grawitacyjnym (g), a odległość jest równa twojej zmianie wysokości (h). Tak więc wzór można zapisać:

PE = mgh

Jednostki wspólne energii

SI:

Niutonometr (Nm)

   1 Nm = 1 J.

Dżul (J)

   1 J = 0,239 cal

Kaloria (cal)

   1 kal = 4,184 J

Watogodziny (Wh)

   1 Wh = 3600 J.

Kilowatogodziny (kWh)

   1 kWh = 1000 Wh

   1 kWh = 3600000 J.

1 kWh = 3412 BTU

Język angielski:

Stopa - funt (ft · lb)

   1 stopa lb = 1,356 Nm

Brytyjska jednostka termiczna (BTU)

   1 BTU = 1055 J.

   1 BTU = 0,0002931 kWh

Energia kinetyczna jest energia ruchu. Obiekty, które się poruszają, takie jak kolejka górska, mają energię kinetyczną (KE). Jeśli samochód uderzy w ścianę z prędkością 5 mil na godzinę, nie powinno to spowodować większego uszkodzenia samochodu. Ale jeśli uderzy w ścianę z prędkością 40 mil na godzinę, samochód najprawdopodobniej zostanie zsumowany.

Energia kinetyczna jest podobna do energii potencjalnej. Im więcej obiekt waży i im szybciej się porusza, tym więcej ma energii kinetycznej. Wzór na KE to:

KE = 1/2 * m * v²

gdzie m jest masą i v jest prędkością.

Jedną z interesujących rzeczy związanych z energią kinetyczną jest to, że zwiększa się ona wraz z kwadratem prędkości. Oznacza to, że jeśli samochód jedzie dwa razy szybciej, ma cztery razy więcej energii. Być może zauważyłeś, że Twój samochód przyspiesza znacznie szybciej od 0 do 20 mph niż od 40 do 60 mph. Porównajmy, ile energii kinetycznej potrzeba przy każdej z tych prędkości. Na pierwszy rzut oka można by powiedzieć, że w każdym przypadku samochód zwiększa prędkość o 20 mil na godzinę, a więc energia potrzebna do każdego wzrostu musi być taka sama. Ale tak nie jest.

Możemy obliczyć energię kinetyczną wymaganą do przejścia od 0 mil na godzinę do 20 mil na godzinę, obliczając KE przy 20 mil na godzinę, a następnie odejmując KE przy 0 mil na godzinę od tej liczby. W tym przypadku byłoby to 1/2 * m * 20² - 1/2 * m * 0². Ponieważ druga część równania to 0, KE = 1/2 * m * 20², lub 200 m. Dla samochodu jadącego od 40 mil na godzinę do 60 mil na godzinę KE = 1/2 * m * 60² - 1/2 * m * 40²; czyli KE = 1800 m - 800 m, czyli 1000 m. Porównując te dwa wyniki, widzimy, że potrzeba KE 1000 m, aby przejść z 40 mil na godzinę do 60 mil na godzinę, podczas gdy potrzeba tylko 200 m, aby przejść z 0 mil na godzinę do 20 mil na godzinę..

Istnieje wiele innych czynników wpływających na przyspieszenie samochodu, takich jak opór aerodynamiczny, który również rośnie wraz z kwadratem prędkości. Przełożenia przekładni określają, jaka część mocy silnika jest dostępna przy określonej prędkości, a przyczepność jest czasami czynnikiem ograniczającym. Jest to więc o wiele bardziej skomplikowane niż zwykłe obliczenie energii kinetycznej, ale to obliczenie pomaga wyjaśnić różnicę w czasach przyspieszenia.

Teraz, gdy wiemy już o energii potencjalnej i energii kinetycznej, możemy wykonać kilka interesujących obliczeń. Sprawdźmy, jak wysoko tyczkarz mógłby skoczyć, gdyby miał doskonałą technikę. Najpierw obliczymy jego KE, a potem obliczymy, jak wysoko mógłby przeskoczyć, gdyby użył wszystkich tych KE, aby zwiększyć swój wzrost (a tym samym PE), bez marnowania go. Jeśli przekonwertował wszystkie swoje KE na PE, możemy rozwiązać równanie, ustawiając je równo:

1/2 * m * v² = m * g * h

Ponieważ masa jest po obu stronach równania, możemy wyeliminować ten termin. Ma to sens, ponieważ zarówno KE, jak i PE rosną wraz ze wzrostem masy, więc jeśli biegacz jest cięższy, jego PE i KE rosną. Więc wyeliminujemy termin masowy i trochę zmienimy układ, aby rozwiązać h:

1/2 * v² / g = godz

Powiedzmy, że nasz tyczkarz może biec tak szybko, jak ktokolwiek na świecie. Obecnie rekord świata w biegu na 100 m wynosi niecałe 10 sekund. To daje prędkość 10 m / s. Wiemy również, że przyspieszenie ziemskie wynosi 9,8 m / s². Więc teraz możemy obliczyć wysokość:

1/2 * 10² / 9,8 = 5,1 metra

Więc 5,1 metra to wysokość, na jaką tycznik mógłby podnieść swój środek masy, gdyby przekształcił wszystkie swoje KE w PE. Ale jego środek masy nie znajduje się na ziemi; znajduje się pośrodku jego ciała, około 1 metra nad ziemią. Tak więc najlepsza wysokość, jaką mógł osiągnąć tyczkarz, to w rzeczywistości około 6,1 metra lub 20 stóp. Może być w stanie uzyskać trochę więcej wzrostu, używając specjalnych technik, takich jak odpychanie się od szczytu tyczki lub wykonanie naprawdę dobrego skoku przed startem.

Ta treść nie jest kompatybilna na tym urządzeniu.

Rysunek 4. Animacja skoku o tyczce

W Ryc.4 możesz zobaczyć, jak zmienia się energia vaultera o tyczce, gdy wykonuje on sklepienie. Kiedy zaczyna, zarówno jego energia potencjalna, jak i energia kinetyczna wynoszą zero. Gdy zaczyna biec, zwiększa swoją energię kinetyczną. Następnie, gdy sadzi słup i uruchamia sklepienie, zamienia swoją energię kinetyczną na energię potencjalną. Gdy maszt się wygina, pochłania dużą część jego energii kinetycznej, podobnie jak ściskanie sprężyny. Następnie wykorzystuje energię potencjalną zgromadzoną w słupie, aby podnieść swoje ciało nad sztangę. Na szczycie swojej krypty przekształcił większość swojej energii kinetycznej w energię potencjalną.

Nasze obliczenia całkiem dobrze porównują się z obecnym rekordem świata, który wynosi 6,15 metra, ustanowionym przez Siergieja Bubkę w 1993 roku.

Aby uzyskać więcej informacji na temat tych pojęć fizyki i powiązanych tematów, zapoznaj się z linkami na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Jak działa moc
• Jak działają przemienniki momentu obrotowego
• Jak działają kolejki górskie
• Jak działa jo-jo
• Jak działają zegary wahadłowe
• Fizyka Power Quiz

Więcej świetnych linków

• Dźwignie i moment obrotowy - ilustrowane wyjaśnienia
• Ruch obrotowy
• Off-Road.com Artykuł techniczny: moment obrotowy i moc
• U.S. Naval Academy: Torque Review
• Produkt wektorowy krzyżowy - interaktywny samouczek JAVA
• Jak obliczyć moment obrotowy potrzebny do… ?
• Aplet energii potencjalnej / kinetycznej online
• Insurance Institute for Highway Safety, Highway Loss Data Institute: Oceny pojazdów
• Jak sformułowano równanie na energię kinetyczną?
• Zapytaj naukowca: energia kinetyczna
• Nauczanie i uczenie się fizyki z interaktywnym wideo
• Wprowadzenie do energii kinetycznej, siły G i zmiany prędkości