So berechnen Sie verschwendete Energie

Angenommen, Sie ziehen ein Gewicht in einem Winkel ( im Bild 45°) entlang einer Bahn.

Wenn das Objekt um eine Distanz verschoben ist D 45 Nehmen wir an, dass die an dem Objekt verrichtete mechanische Arbeit /auf das Objekt übertragene Energie:

W 45 = ( F → ⋅ D → = F D cos 45 ) = K J
, was auf dem Bild heißt: arbeitende (wirkliche) Kraft.

Wenn Sie die Strecke entlang gezogen hätten, wäre vermutlich die Strecke, die das Objekt zurückgelegt hat D 0 = D 45 / C Ö S 45 und die geleistete Arbeit wäre

W 0 ( = E 0 ) = ( F → ⋅ D → = F D cos 0 ) = K / C Ö S 45 = K ∗ 1.41 J
, was im Bild heißt: Gesamt-(Schein-)Leistung

Wenn dies richtig ist, können wir berechtigterweise davon ausgehen, dass in beiden Fällen die gleiche Menge an Energie/ Kalorien verbrannt wurde , das heißt: E 0 = E 45 = 1.41 ∗ K , aber da die geleistete Arbeit geringer ist, heißt das: ( W 45 < W 0 = 0,7 ∗ W 0 ) können wir daraus schließen, dass die Energieverschwendung im ersten Fall ( Kalorienverbrauch ohne mechanische Arbeit ) 41 % beträgt? Diese Energie wurde verschwendet, als versucht wurde, die Spur zu verschieben oder den Wagen zu entgleisen: nicht funktionierende (Blind-) Leistung

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

(Wenn dies nicht korrekt ist, wie können wir die Energieverschwendung berechnen, wenn wir eine Kraft in einem Winkel von mehr als 0° anwenden?)

aktualisieren

Es wird also keine mechanische Energie durch schräges Ziehen verschwendet.... Dabei wird jedoch übersehen, dass Muskeln ineffiziente Dinger sind und Energie verbrauchen, auch wenn keine mechanische Arbeit verrichtet wird.

Ich wusste, dass keine mechanische Arbeit im Übermaß geleistet wird, das liegt an der Besonderheit der Definition von Arbeit . Ich habe versucht, diesem Hindernis, das von verbrannten Kalorien spricht, auszuweichen : Ich dachte, wir könnten den genauen Wert sozusagen durch Reverse Engineering ermitteln .

Die Logik ist folgende: Wir haben Instrumente ( ich beziehe mich auf Instrumente, damit wir die Ineffizienz menschlicher Muskeln vermeiden ), um Kraft zu erzeugen und zu messen. Wenn wir die Kraft messen, die etwas auf ein blockiertes Objekt ausübt, dann die Blockierung entfernen und das Ergebnis dieser Kraft messen, können wir nicht ableiten, dass die gleiche Kraft zuvor ausgeübt und die gleiche Menge an Energie/Kalorien verbrannt wurde, ohne etwas zu tun irgendeine Arbeit? Wenn diese Logik gültig ist, wurde dieselbe Logik auf das Pferd angewendet.

Ein Biologe kann Ihnen den Prozentsatz der zu viel verbrannten Kalorien in Bezug auf die effektiv aufgebrachte/übertragene Kraft sagen: Die Ineffizienz der menschlichen Maschine liegt bei etwa 80%. WIR verbrauchen 4-5 mal mehr Energie als wir einsetzen. Der Wirkungsgrad kann zwischen 18 % und 26 % variieren. Im obigen Fall wäre die tatsächlich verbrannte Energie also 41 * 4,5 = ca. 185%

Antworten (2)

Lassen Sie uns das Pferd vergrößern, um die ausgeübten Kräfte und die zurückgelegte Entfernung zu sehen:

Pferd

Die Kraft auf den Zug ist F cos ⁡ θ also wenn der Zug eine Strecke fährt D die Arbeit im Zug ist F D cos ⁡ θ .

Es ist sicherlich richtig, dass das Pferd eine Kraft ausübt F das ist größer als die Kraft auf den Zug, und das Pferd bewegt sich auch eine Strecke D . Aber denken Sie daran, dass Arbeit gegeben wird durch:

W T R A ich N = F → ⋅ D →

wo die Kraft F → und die Entfernung D → sind Vektoren und die ⋅ ist das Skalarprodukt der beiden Vektoren. Das Skalarprodukt ist definiert als:

F → ⋅ D → = F D cos ⁡ ϕ

Wo F Und D sind die Beträge der Vektoren und ϕ ist der Winkel zwischen den Vektoren. In unserem Fall der Winkel ϕ zwischen den Vektoren ist π − θ , also ist die am Pferd verrichtete Arbeit:

W H Ö R S e = F D cos ⁡ ( π − θ ) = − F D cos ⁡ θ = − W T R A ich N

Die auf dem Pferd geleistete Arbeit ist gleich und entgegengesetzt zu der auf dem Zug geleisteten Arbeit, oder um es deutlicher auszudrücken, die vom Pferd geleistete Arbeit ist gleich der auf dem Zug geleisteten Arbeit.

Es wird also keine mechanische Energie durch schräges Ziehen verschwendet.

Dabei wird jedoch übersehen, dass Muskeln ineffizient sind und auch dann Energie verbrauchen, wenn keine mechanische Arbeit geleistet wird. Dies bedeutet in der Tat, dass das Pferd mehr Energie aufwenden muss, um den Zug in einem Winkel zu ziehen, aber das liegt eher an der Funktionsweise der Muskeln als an der grundlegenden Physik. Um die zusätzliche Energie zu berechnen, die das Pferd verbraucht, müssten Sie losgehen und einen Biologen nach Muskelphysiologie fragen.

Was ist mit der erhöhten Reibung?

Das Hauptproblem Ihrer Analyse ist diese falsche Annahme:

können wir berechtigterweise davon ausgehen, dass in beiden Fällen die gleiche Menge an Energie/Kalorien verbrannt wurde

Nein, davon können Sie nicht ausgehen. Wenn Sie eine effiziente Maschine zum Ziehen entwickeln (anstelle eines sehr ineffizienten Pferdes), würde diese im Fall des "Schrägzugs" weniger Energie verbrauchen.

Nein, Sie verwenden nicht die gleiche Kraft. Berechnen Sie es, anstatt es anzunehmen.
So berechnen Sie verschwendete Energie
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v