Leistungsabgabe berechnen

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Macht ist ein physikalisches Konzept, das je nach Kontext und verfügbaren Daten unterschiedliche Bedeutungen hat. Macht kann ein Maß dafür sein, wie viel Arbeit jemand oder etwas im Laufe der Zeit leistet. In einem zweiten Kontext kann die Leistung als Funktion der Geschwindigkeit berechnet werden (wie schnell Sie ein Gewicht bewegen können). Schließlich ist die elektrische Leistung das Produkt aus Spannung und Strom. Wenn Sie den Kontext kennen und wissen, mit welchen Daten Sie beginnen sollen, können Sie die richtige Formel wählen und die Leistung berechnen.

Schritte

Methode 1 von 3: Berechnung der mechanischen Leistung als Funktion der Arbeit

Bildtitel Calculate Power Output Step 01

1. Berechnen Sie die Arbeit. In der Mechanik ist Arbeit die Kraft, die erforderlich ist, um etwas über eine bestimmte Strecke zu bewegen. Die Formel für die Arbeit lautet:

$Arbeit = Energie * Distanz$ ${displaystyle {text{Arbeit}}={text{Stärke}}*{text{Distanz}}}$
Um dieses Konzept zu verstehen, betrachten wir einen 100-Kilo-Zementblock. Das Verschieben dieses Blocks über zwei Meter erfordert doppelt so viel Arbeit wie das Verschieben desselben Blocks über einen Meter. Dies ist auch derselbe Arbeitsaufwand, der erforderlich ist, um einen 200-Pfund-Block über einen halben Meter zu bewegen.

Bildtitel Calculate Power Output Step 02

2. Definieren Sie die mechanische Kraft. Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der Arbeit im Laufe der Zeit verrichtet wird. Die Grundformel zur Definition von Macht lautet:

Leistung = \frac{Arbeit}{Zeit}

${displaystyle {text{Power}}={frac {text{Arbeit}}{text{Time}}}}$

Denken Sie noch einmal an den 100-Kilo-Zementblock. Das Bewegen dieses Blocks um zwei Meter in 10 Sekunden erfordert doppelt so viel Kraft wie das Bewegen desselben Blocks um die gleiche Entfernung in 20 Sekunden. Das schnellere Bewegen desselben Objekts erfordert mehr Kraft.

Bildtitel Calculate Power Output Step 03

3. Bestimmen Sie die Einheiten, die Sie für Arbeit und Leistung verwenden. Sie werden im Allgemeinen Arbeit und Leistung in metrischen Einheiten anzeigen, nicht in imperialen Einheiten.

Die imperiale Einheit für Arbeit ist das "Fuß-Pfund". Dies ist das Produkt aus der Distanz in Fuß mal der Kraft in Pfund. Die Einheit für Stärke ergibt sich aus der Division durch die Zeit in Sekunden. Die Einheit der Leistung ist das "Fuß-Pfund pro Sekunde". Ein bekannterer Begriff ist die „PS“, die als 550 Fuß-Pfund pro Sekunde definiert ist.

1 Pferdestärken = 550 \frac{Fuß Pfunde}{Sek.}

${displaystyle 1{text{PS}}=550{frac {text{ foot-pounds}}{text{sec.}}}}$

Die metrische Einheit für Arbeit ist Joule. Ein Joule entspricht einem Newton-Meter, das ist der Arbeitsaufwand, der erforderlich ist, um 1 Newton über eine Distanz von 1 Meter zu bewegen. Wenn Sie die Arbeit nach Zeit teilen, erhalten Sie Leistung, gemessen in Joule pro Sekunde. Dies wird auch Watt genannt.

1 Watt = 1 \frac{Joule}{Sek.} = 1 \frac{Newton-Meter}{Sek.}

${displaystyle 1{text{ Watt}}=1{frac {text{ Joule}}{text{ Sek.}}}=1{frac {text{ Newton-Meter}}{text{ Sek.}}}}$

Bildtitel Calculate Power Output Step 04

4. Sammeln Sie die verfügbaren Daten. Egal, ob Sie ein physikalisches Problem im Klassenzimmer lösen oder die tatsächliche Leistung eines realen Beispiels berechnen, Sie müssen zuerst bestimmte Informationen sammeln. Die benötigten Informationen finden Sie in den Einheiten.

Angenommen, Sie möchten das folgende Problem berechnen: Ein Schüler, der Klimmzüge macht, hebt seinen 60 kg (600 N) schweren Körper in 2 Sekunden über 0,5 m an. Wie viel Kraft übt der Schüler aus??

Energie = 600 kg

${displaystyle {text{Kraft}}=600{text{ kg}}}$

Distanz = 0, 5 m

${displaystyle {text{Entfernung}}=0.5{text{ m}}}$

Zeit = 2 Sek.

${displaystyle {text{Zeit}}=2{text{ Sek.}}}$

Bildtitel Calculate Power Output Step 05

5. Multipliziere die Leistung mit der Entfernung und dividiere das Produkt durch die Zeit. Ob im metrischen System oder im imperialen System, wenn Sie die Daten zu Leistung, Distanz und Zeit gesammelt haben, wenden Sie diese auf die Formel an, um die mechanische Leistung zu ermitteln.

Leistung = Energie * Distanz Zeit

${displaystyle {text{Power}}={frac {{text{Power}}*{text{Distanz}}}{text{Time}}}}$

Leistung = 600 n * 0, 5 cm 2 Sek.

${displaystyle {text{Power}}={frac {600{text{ N}}*0.5{text{cm}}}{2{text{sec}}}}}$

Leistung = 300 Nm 2 Sek.

${displaystyle {text{Power}}={frac {300{text{ N-m}}}{2{text{sec}}}}}$

Leistung = 150 \frac{Nm}{Sek.}

${displaystyle {text{Power}}=150{frac {text{ N-m}}{text{sec}}}}$

Da 1 PS 736 Nm (oder 736 Watt) entspricht, entspricht dies ungefähr einem Fünftel einer PS.

Methode 2 von 3: Berechnung der mechanischen Leistung als Funktion der Geschwindigkeit

Bildtitel Calculate Power Output Step 06

1. Schreiben Sie die Formel für die Macht um. Die ursprüngliche Formel für Macht konzentriert sich auf Arbeit, als Kraft mal Distanz geteilt durch die Zeit, die für diese Arbeit benötigt wird. Eine andere Möglichkeit, dieselben Komponenten zu betrachten, ist wie folgt:

$Leistung = Energie * \frac{Distanz}{Zeit}$ ${displaystyle {text{Power}}={text{Power}}}*{frac {text{Distanz}}{text{Time}}}}$
Wenn Sie die Begriffe auf diese Weise gruppieren, sollten Sie dies erkennen $\frac{Distanz}{Zeit}$ ${displaystyle {frac {text{Entfernung}}{text{Zeit}}}}$ eine andere Möglichkeit besteht darin, die Geschwindigkeit anzuzeigen. Daraus können Sie schließen, dass:
$Leistung = Energie * Geschwindigkeit$ ${displaystyle {text{Leistung}}={text{Leistung}}*{text{Geschwindigkeit}}}$
Nimm ein 1000 Kilo Auto. Das Fahren dieses Autos mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h erfordert doppelt so viel Kraft wie das Bewegen desselben Autos mit einer Geschwindigkeit von 25 km/h.

Bildtitel Calculate Power Output Step 07

2. Kehren Sie die Einheiten bei Bedarf um. Leistungseinheiten werden im Allgemeinen in Watt berechnet (dh Joule/sec. oder Newtonmeter pro Sekunde – oder in PS oder Fuß-Pfund pro Sekunde. Denken Sie daran, dass 1 PS = 550 ft-lb/sec oder 736 Nm. Wenn Sie Situations- oder Problemdaten in verschiedenen Einheiten darstellen, müssen Sie diese umrechnen. Einige der nützlichsten Umrechnungsfaktoren sind:

1 Meile = 5280 Fuß

1 Stunde = 60 Minuten = 3600 Sekunden

1 kg = 9,8 N (Kraft)

Für das Problem mit dem fahrenden Auto werden die Daten in Meilen, Stunden und kg angegeben. Sie müssen 50 Meilen in 50*5280=264 . umrechnen.000 Fuß, Umwandlung von Stunden in 3600 Sekunden. Dann können Sie das Problem so umformulieren, dass Sie die Kraft berechnen, mit der ein 1000 kg schweres Auto mit einer Geschwindigkeit von 264 bewegt wird.000/3.600 = 73,33 Fuß pro Sekunde.

Bildtitel Calculate Power Output Step 08

3. Multiplizieren Sie die Kraft mit der Geschwindigkeit. Wenn Ihre Daten die richtigen Einheiten haben, können Sie die Leistung als Produkt aus Kraft mal Geschwindigkeit berechnen. Für das Autoproblem wird das:

Leistung = Energie * Geschwindigkeit

${displaystyle {text{Leistung}}={text{Leistung}}*{text{Geschwindigkeit}}}$

Leistung = 2000 Pfund * 73.33 \frac{Fuß}{Sek}

${displaystyle {text{Power}}=2000{text{ Pfund}}*73,33{frac {text{ feet}}{text{sec}}}}$

Leistung = 146.660 \frac{Fuß Pfunde}{Sek}

${displaystyle {text{Power}}=146.660{frac {text{foot-pounds}}{text{sec}}}}$

Sie können dies als PS des Autos schreiben oder in PS umrechnen, indem Sie durch 550 . dividieren.

Leistung = 146.660 / 550 = 266.65 Pferdestärken

${displaystyle {text{Power}}=146.660/550=266.65{text{PS}}}$

Der Motor leistete 266,65 PS, um das 1000-Pfund-Auto mit einer Geschwindigkeit von 75 km/h zu bewegen.

Methode 3 von 3: Berechnung der elektrischen Leistung

Bildtitel Calculate Power Output Step 09

1. Messen Sie die Spannung des Stromkreises. Die Spannung eines Stromkreises entspricht der Kraft, die bei einer mechanischen Bewegung ausgeübt wird. Die Spannung gibt an, wie viel elektrische Ladung durch einen Stromkreis transportiert wird. So wie das Bewegen eines schweren Zementblocks eine große mechanische Kraft erfordert, erfordert das Bewegen einer Hochspannung eine große elektrische Kraft. Spannung wird in Volt gemessen, abgekürzt V. In Gleichungen wird die Spannung durch das Symbol E . dargestellt.

Wenn Sie den Schaltplan einer Schaltung lesen, wird die Spannung irgendwo auf dem Schaltplan geschrieben. Wenn Sie eine echte Schaltung aufbauen, ist die Spannung die Leistung, die von der Batteriequelle kommt. Zum Beispiel liefert eine einzelne 9-Volt-Batterie 9 Volt an den Stromkreis.

Bildtitel Calculate Power Output Step 10

2. Messen Sie den Strom im Stromkreis. Der Strom eines Stromkreises ist analog zur Geschwindigkeit eines mechanischen Uhrwerks. Der Strom gibt an, wie schnell die Ladung durch den Stromkreis geleitet wird. Strom wird in Einheiten gemessen, die Ampere genannt werden, abgekürzt als Ampere oder einfach A. In Berechnungen wird Strom durch den Großbuchstaben I . symbolisiert.

Strom kann direkt mit einem Amperemeter gemessen werden. Alternativ kann das Problem, mit dem Sie es zu tun haben, einfach die Anzahl der Ampere in der Schaltung angeben.

Beispielsweise bewegt ein Stromkreis, der einen Strom von 4 Ampere führt, die Ladung doppelt so schnell wie ein Stromkreis, der einen Strom von nur 2 Ampere führt.

Bildtitel Calculate Power Output Step 11

3. Elektrische Leistung definieren. So wie Leistung im mechanischen Sinne als die im Laufe der Zeit geleistete Arbeit definiert werden kann, ist die elektrische Leistung auch eine im Laufe der Zeit geleistete Arbeit. Bei elektrischer Leistung ist die berechnete Arbeit jedoch die Arbeit der Bewegung von Elektronen durch einen elektrischen Stromkreis. Ein Stromkreis, der mehr Elektronen bewegt oder sich schneller bewegt, hat daher mehr Leistung.

Die Einheit der elektrischen Leistung ist Watt. Es wird wie folgt berechnet:

Leistung = Ampere * Stromspannung

${displaystyle {text{Leistung}}={text{Ampere}}*{text{Spannung}}}$

P = ich E

${displaystyle P=IE}$

Bildtitel Calculate Power Output Step 12

4. Berechnen Sie die Leistung einer Schaltung. Angenommen, ein bestimmter Stromkreis hat eine Stromstärke von 6 Ampere und eine Ladung von 18 Volt. Um die Leistung in der Schaltung zu berechnen, müssen Sie wie folgt multiplizieren:

Leistung = Ampere * Stromspannung

${displaystyle {text{Leistung}}={text{Ampere}}*{text{Spannung}}}$

Leistung = 6 * 18 = 108 W ein T T

${displaystyle {text{Leistung}}=6*18=108Watt}$

Tipps

Bei Arbeits- und Leistungsberechnungen ist es wichtig, dass Sie die Einheiten Ihrer Daten in Ihre Berechnungen aufnehmen. Wenn Sie beispielsweise am Ende einen Meter pro Newton haben, stellen Sie fest, dass Sie dividiert haben, wenn Sie multiplizieren sollten, da die richtige Einheit N-m . ist.