Kraft, arbeid og effekt

Kraft, arbeid og effekt henger tett sammen i mekanikken. Kalkulatoren samler dem på ett sted. Du kan regne ut kraft fra masse og akselerasjon (Newtons 2. lov), arbeid fra kraft og strekning, og effekt fra arbeid og tid eller fra kraft og fart. Resultatene vises i SI-enheter (newton, joule og watt) og i kilowatt, wattimer og hestekrefter, slik at du slipper å slå opp omregninger. Store norske leksikon beskriver arbeid som kraft ganger forflytning, med joule som enhet, og effekt som arbeid per tidsenhet, med watt som enhet.

Formlene

• F = m · a: kraft (N) = masse (kg) × akselerasjon (m/s²). Løs for a = F / m eller m = F / a
• G = m · g: tyngdekraften (vekten) med g = 9.80665 m/s²
• Ff = μ · m · g: glidefriksjon på flatt underlag, der μ er friksjonstallet (på skråplan ganges med cos av vinkelen)
• W = F · s · cos θ: arbeid (J) = kraft × forflytning, regnet i kraftens retning
• P = W / t og P = F · v: effekt (W) = arbeid per sekund, eller kraft × fart (m/s)
• 1 kW = 1 000 W, 1 hk (metrisk) = 735,49875 W, 1 hp (mekanisk) = 745,69987 W, 1 Wh = 3 600 J

Regneeksempler

Kraft: En bil på 1 500 kg som skal akselerere med 2 m/s², trenger en resulterende kraft på 1 500 × 2 = 3 000 N. Friksjon: En kasse på 50 kg på flatt gulv med μ = 0,3 gir friksjonskraften 0,3 × 50 × 9.80665 = 147,1 N. Trekker du med 200 N, blir nettokraften 52,9 N og akselerasjonen 1,06 m/s². Trekker du med under 147 N, skjer ingenting.

Arbeid og effekt: 100 N over 5 m gir 500 J. Gjøres det på 4 sekunder, er effekten 125 W. En motor på 1 500 W bruker 60 sekunder på å utføre 90 000 J (90 kJ). Bilen fra forrige eksempel gir 30 kW til hjulene når den holder 2 m/s²-kraften ved 36 km/t.

Vanlige feil

• Bruker gram, tonn eller km/t i formelen. Gjør alt om til kg, m og s først (km/t deles på 3,6 for m/s).
• Blander masse og vekt. Kilogram er masse, newton er kraft.
• Bruker total kraft i F = m · a. Det er summen av alle krefter (nettokraften) som gir akselerasjon, så friksjon og luftmotstand må trekkes fra.
• Glemmer vinkelen i arbeid. Bare kraftkomponenten i bevegelsesretningen utfører arbeid.

Kraft som trengs for ulike masser og akselerasjoner

Kolonnen med 9,80665 m/s² viser tyngdekraften, altså vekten i newton.

Fra kilowatt til hestekrefter

Til sammenligning er 1 hk = 735,5 W. Regner du med strøm i stedet for mekanikk, bruk ampere til kW eller Ohms lov. Energien i en bevegelse finner du med potensiell og kinetisk energi, og hvordan farten endres med akselerasjon. Overslag er veiledende: reelle systemer har tap i form av varme og luftmotstand.

Kommer effekten fra en motor, kan du regne mellom Nm, kW, hk og turtall i dreiemoment-kalkulatoren.