Kraft gegen Kraft

Die Konzepte von Kraft und Macht scheinen ähnliche Bedeutungen zu vermitteln und werden oft miteinander verwechselt. In der Physik sind sie jedoch nicht austauschbar. Kraft ist das grundlegende Ergebnis einer Interaktion zwischen zwei Objekten, während Kraft ein Ausdruck des Energieverbrauchs im Laufe der Zeit (Arbeit) ist, dessen Element Kraft ist. Kraft und Kraft können sowohl beschrieben als auch gemessen werden, aber eine Kraft ist ein tatsächliches physikalisches Phänomen und Kraft an sich nicht.

Vergleichstabelle

Vergleichstabelle Kraft gegen Leistung
Macht Leistung
DefinitionEin Stoß oder ein Zug, der aus einer Interaktion zwischen Objekten resultiert.Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der gearbeitet oder Energie übertragen wird.
EinheitNewtonWatt = Joule / Sekunde
SymbolF.P.
Benannt nachIsaac NewtonJames Watt
Ableitungen aus anderen GrößenF = ma (Kraft = Masse multipliziert mit Beschleunigung)P = w / t (Leistung = Arbeit geteilt durch Zeit)
Beziehung zu "Arbeit"Über eine Distanz ausgeübte Kraft schafft Arbeit.Rate, mit der die Arbeit ausgeführt wird.
AlltagsbeispielSchwerkraft, Reibung, Magnetismus.Pferdestärke (1 Pferdestärke = 750 Watt).

Basiskonzept

Eine Kraft kann nur auftreten, wenn Objekte interagieren. Wenn Objekte interagieren, drücken oder ziehen sie sich gegenseitig, sei es durch direkten Kontakt oder durch Fernkontakt. Beispiele für direkte Kontaktkräfte sind die Reibung von Autoreifen auf einer Straße oder der Luftwiderstand auf einem fahrenden Auto. Die Wechselwirkung in der Ferne erfolgt durch Kräfte wie Schwerkraft und Magnetismus. Kraft ist ein grundlegender Ausdruck physischer Ereignisse, ebenso wie Zeit und Distanz.

Leistung ist definiert als die Menge an Energie, die pro Zeiteinheit verbraucht wird. Ein anderer Weg, dies auszudrücken, ist: die Geschwindigkeit, mit der „Arbeit“ erledigt wird. Arbeit tritt auf, wenn eine Kraft eine Bewegung eines Objekts verursacht. Zum Beispiel verbraucht eine Person, die gegen eine Mauer drückt, Energie, aber es wird keine Arbeit geleistet und keine Energie erzeugt, weil sich die Mauer nicht bewegt. Aber wenn eine Person auf einen Tisch drückt und ihn bewegt, dann gibt es Arbeit. Macht drückt aus, wie schnell diese Arbeit erledigt ist. Kraft ist also ein Element der Leistungsgleichung, zusammen mit anderen Grundelementen wie Entfernung und Zeit.

Formeln

Die Kraft wird als Produkt aus Masse und Gravitationsbeschleunigung berechnet und üblicherweise als bezeichnet

Dabei ist F die Kraft, m die Masse und a die Gravitationsbeschleunigung.

Als Änderungsrate der geleisteten Arbeit oder der Energie eines Teilsystems wird die Leistung berechnet als:

Dabei ist P Leistung, W Arbeit und t Zeit.

Beispiel

Kraft ist in der Interaktion aller Objekte enthalten. Wenn ein Baseballspieler einen Ball schlägt, übt der Schläger Kraft auf den Ball aus (und umgekehrt). Planeten umkreisen die Sonne aufgrund von Gewalt. Um die Kraft eines Baseballs mit einem Gewicht von 146 g in Newton zu berechnen, multiplizieren Sie einfach die Masse (in Kilogramm, also .146) mit der Beschleunigung (die Schwerkraft der Erde beträgt 9, 8 Meter pro Sekunde), was 1, 43 Newton entspricht.

Wenn eine Person rennt und dann dieselbe Treppe hinaufgeht, wird beide Male dieselbe Menge an Arbeit erledigt, aber beim Laufen wird mehr Energie erzeugt, da dieselbe Menge an Arbeit in kürzerer Zeit ausgeführt wird.

Maßeinheiten

In wissenschaftlichen Anwendungen wird die Kraft in Newton gemessen und im englischen System in Pfund. Die SI-Krafteinheit ist der Newton (N). Ein Newton ist die Kraft, die erforderlich ist, um eine Masse von einem Kilogramm mit einer Geschwindigkeit von einem Quadratmeter pro Sekunde oder kg · m · s - 2 zu beschleunigen. Ein Newton entspricht 100.000 Dyn.

Die SI-Leistungseinheit ist das Watt (W). Ein Watt entspricht einem Joule pro Sekunde, wobei Joule die Energieeinheit ist. Dies ist die Standardmaßeinheit, aber die Leistung kann mit jeder Energie über die Zeit ausgedrückt werden. Ein weiterer gebräuchlicher Ausdruck von Leistung ist die Leistung, wobei 1 Leistung 746 Watt entspricht.

Namensvetter Wissenschaftler

Kräfte verursachen eine Beschleunigung (eine Änderung der Geschwindigkeit). Die Standard-Krafteinheit wurde nach Isaac Newton benannt, um sein zweites Gesetz zu feiern, das besagt: "Die Beschleunigung eines Objekts ist direkt proportional zur ausgeübten Kraft ..." 1 Newton ist die Menge an Kraft, die erforderlich ist, um eine Masse von 1 zu beschleunigen Kilogramm mit einer Geschwindigkeit von 1 Meter pro Sekunde.

James Watt war ein schottischer Erfinder und Ingenieur. Watt erstellte die Messung der Leistung, um die Leistungsverbesserungen seiner Dampfmaschine zu erklären. Aufgrund seines großen Beitrags zur Effizienz von Dampfmaschinen beschloss die wissenschaftliche Gemeinschaft, ihn zu ehren, indem sie die Krafteinheit nach ihm benannte. Das Watt wurde 1960 als Leistungseinheit zum SI hinzugefügt.

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