Мощност (физика): Определение, формула, единици, как да се намери (с примери)

Културист и петокласник биха могли да носят всички книги от рафт нагоре по стълбище, но е малко вероятно те да завършат задачата за същия период от време. Културистът вероятно ще бъде по-бърз, защото тя има по-високамощностот петокласника.

По същия начин, състезателна кола с високконски силище може да пътува по-далеч много по-бързо от, добре, кон.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Мощността е мярка за това колко работа е свършена за интервал от време.

Бърза бележка за конските сили: Терминът е предназначен да сравнява производителността на парна машина с тази на кон, тъй като в двигател със 700 конски сили може да се извърши около 700 пъти работата на един кон. Това датира от времето, когато парните машини са били нови и е работил един от най-видните изобретатели подобряване на тяхната ефективност, Джеймс Уат, измисли термина като начин да убеди обикновения човек в тях заслужава си.

Има два начина за изчисляване на мощността, в зависимост от наличната информация. Освен това има две единици мощност, които са еднакво валидни.

1. Мощност по отношение на работа и време:

Къде работаWсе измерва в нютонметър (Nm) и времеTсе измерва в секунди.

2. Мощност по отношение на сила и скорост:

Къде силаFе в нютони (N) и скоростvе в метри / секунда (m / s).

Тези уравнения не са произволно еквивалентни. Второто уравнение може да бъде получено от първото по следния начин:

Забележи, чеработае същото катосила по преместване:​

Заменете това в първото уравнение на степента:

Тогава, защото изместване във всяка единица времее скоростта(v = d / t), пренапишете термините в края катоvза да получим второто уравнение на степента.

Единицата за мощност SIстробикновено се представя катоВата (W), кръстен на същия Джеймс Уат, който е проектирал двигатели и ги е сравнявал с коне. Електрическите крушки и други домакински уреди обикновено включват това устройство върху етикетите си.

Разглеждането на втората формула за мощност обаче води до друга единица. Силата по скорост дава измерване в мерни единици нютонметър в секунда (Nm / s). След това, тъй като енергийната единица Джоул също се определя като един нютонметър (Нм), първата част от това може да бъде пренаписана като Джоул вместо това, което води до втората единица мощност SI:Джоули в секунда (J / s).​

• Мощността може да бъде измерена във ватове (W) или джаули в секунда (J / s).

Разглеждането на дефиницията за власт и двата начина за намирането ѝ дава много начини заувеличи силата на нещо: увеличете силата му (използвайте повечесила) или да свършите същата работа по-бързо (намалетеTили увеличаванеv). Мощен автомобил е силенибърз, а слабият не е нито едното, нито другото. Theпо-лесно и бързо може да се работи,по-силенсубектът, който извършва работата.

• Как да увеличите мощността: Вършете повече за по-кратък период от време.

Това също предполага, че много силна машина, да кажем силно мускулест културист, все пак би моглалипса на мощност. Човек, който може да вдигне много тежък товар, но само много бавно, е по-малко мощен от този, който може да го вдигне бързо.

По същия начин много бърза машина или човек, който не свърши много работа, някой, който бързо се клати на място, но не стига до никъде, всъщност не е мощен.

1. Юсейн Болт генерира около 25 W мощност в рекорда си на 100 м спринт, който отне 9,58 секунди. Колко работа свърши той?

ЗащотоPиTса дадени, иWе неизвестно, използвайте първото уравнение:

2. С каква средна сила той се натискаше към земята, докато бягаше?

Отработав Нм вече е известно, както иденивелацияв метри, разделяне на дължината на състезанието ще дадесила(казано по друг начин,работае същото катосила по преместване:W = F × d):

3. Колко енергия генерира 48-килограмов човек, който отнема 6 секунди, за да се качи на 3-метрова стълба?

В този проблем са дадени изместването и времето, което бързо позволява изчисляване на скоростта:

Второто уравнение на мощността има скорост, но включва и сила. Човек, който тича нагоре по стълба, работи за противодействие на силата на гравитацията. И така, силата в този случай може да се намери, като се използва тяхната маса и ускорение поради гравитацията, която на Земята винаги е равна на 9,8 m / s².

Сега силата и скоростта се вписват във втората формула за мощност:

Обърнете внимание, че решението да оставите единиците тук като J / s, а не като Watts, е произволно. Също толкова приемлив отговор е 235,2 W.

4. Една конска сила в единици SI е около 746 вата, което се основава на натоварването, което един годен кон би могъл да носи за една минута. Колко работа свърши примерният кон за това време?

Единствената стъпка преди включването на стойностите за мощност и време в първото уравнение е да се уверите, че времето е в правилните SI единици секунди, като презапишете една минута като 60 секунди. Тогава:

Много комунални услуги начисляват на клиентите такса въз основа на тяхнатакиловатчасна употреба. За да разберете значението на тази обща единица за електрическа мощност, започнете с разбиването на блоковете.

Представкатакилограмозначава 1000, така че aкиловат (kW)е равно на 1000 вата. По този начин, aкиловатчас (kWh)е количеството на използваните киловати за един час от времето.

За да броите киловат-часове, умножете броя на киловатите по часовете, използвани. По този начин, ако някой използва 100 ватова крушка в продължение на 10 часа, той ще е използвал общо 1000 ватчаса или 1 kWh електричество.

1. Електрическа мрежа заплаща 0,12 долара за киловатчас. За 30 минути се използва много мощен вакуум от 3000 W. Колко струва това количество енергия на собствениците на жилища?

3000 W = 3 kW

30 минути = 0,5 часа

2. Същата програма дава на домакинството 10 долара за всеки 4 kWh електричество, което то връща в мрежата. Слънцето осигурява около 1000 W мощност на квадратен метър. Ако слънчева клетка от два квадратни метра в къща събира енергия в продължение на 8 часа, колко пари генерира?

Предвид информацията в проблема, слънчевата клетка трябва да може да събира 2000 W от Слънцето или 2 kW. За 8 часа това е 16 kWh.