Síla (fyzika): Definice, vzorec, jednotky, jak najít (s příklady)

Kulturista a pátý srovnávač mohli oba nést všechny knihy z police po schodech, ale je nepravděpodobné, že úkol dokončí za stejnou dobu. Kulturistka bude pravděpodobně rychlejší, protože má vyššíjmenovitý výkonnež pátý srovnávač.

Podobně závodní auto s vysokýmkoňská sílabude schopen cestovat dál mnohem rychleji než kůň.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Síla je měřítkem toho, kolik práce je provedeno v časovém intervalu.

Rychlá poznámka o koňské síle: Tento termín má srovnávat výkon parního stroje s výkonem koně, protože v koňském motoru o výkonu 700 koňských sil by to mohlo být asi 700krát větší než u jednoho koně. To sahá až do doby, kdy byly parní stroje nové a pracoval na nich jeden z nejvýznamnějších vynálezců zlepšit jejich efektivitu, James Watt, vytvořil tento termín jako způsob, jak přesvědčit průměrného člověka o svých hodnota.

Existují dva způsoby výpočtu výkonu v závislosti na tom, jaké informace jsou k dispozici. Kromě toho existují dvě jednotky výkonu, které jsou stejně platné.

1. Výkon z hlediska práce a času:

Kde práceŽse měří v newtonmetrech (Nm) a časetse měří v sekundách.

2. Síla z hlediska síly a rychlosti:

Kde sílaFje v Newtonech (N) a rychlostprotije v metrech za sekundu (m / s).

Tyto rovnice nejsou náhodně ekvivalentní. Druhá rovnice může být odvozena z první rovnice takto:

Všimněte si, žepráceje stejné jakosilové časy posunutí:​

Nahraďte to první výkonovou rovnicí:

Potom, protože posunutí v jakékoli jednotce časuje rychlost(v = d / t), přepište výrazy na konci jakoprotizískat druhou výkonovou rovnici.

Jednotka SI sílypse obvykle uvádí jakoWatty (W), pojmenovaný pro stejného Jamese Watta, který navrhl motory a porovnal je s koňmi. Žárovky a další domácí spotřebiče obvykle obsahují tuto jednotku na štítcích.

Pohled na druhý vzorec pro sílu však vede k jiné jednotce. Rychlost doby síly dává měření v jednotkách Newton metrů za sekundu (Nm / s). Poté, protože jednotka energie Joule je také definována jako jeden Newton-metr (Nm), může být její první část přepsána jako Joule, což vede k druhé jednotce výkonu SI:Joulů za sekundu (J / s).​

• Výkon lze měřit ve Wattech (W) nebo Joulech za sekundu (J / s).

Vzhledem k definici moci a dvěma způsoby, jak ji najít, přináší několik způsobůzvýšit něčí sílu: zvýšit jeho sílu (použít víceplatnost) nebo nechte stejnou práci udělat rychleji (snížittnebo zvýšitproti). Silné auto je silnéarychlý a slabý není ani jeden. Thesnadněji a rychleji lze pracovat„silnějšísubjekt provádějící práci.

• Jak zvýšit výkon: Zvládněte více za kratší časové období.

Z toho také vyplývá, že velmi silný stroj, řekněme vysoce svalnatý kulturista, by stále mohlnedostatek energie. Osoba, která dokáže zvednout velmi těžké břemeno, ale jen velmi pomalu, je méně silná než někdo, kdo ji dokáže zvednout rychle.

Podobně velmi rychlý stroj nebo osoba, která toho moc nezvládne, někdo rychle mává na místě, ale nikam se nedostane, není ve skutečnosti mocný.

1. Usain Bolt vygeneroval přibližně 25 W výkonu ve svém rekordním sprintu na 100 m, který trval 9,58 sekundy. Kolik práce udělal?

ProtožePatjsou uvedeny aŽnení známo, použijte první rovnici:

2. S jakou průměrnou silou tlačil proti zemi, když běžel?

Od té dobyprácev Nm je již známa, stejně jakopřemístěnív metrech, vydělením délkou závodu dáplatnost(řečeno jinak,práceje stejné jakosilové časy posunutí:W = F × d):

3. Jakou sílu vygeneruje osoba vážící 48 kg, která potřebuje 6 sekund na to, aby vybojovala 3 metry po schodech?

V tomto problému jsou uvedeny posunutí a čas, což rychle umožňuje výpočet rychlosti:

Druhá výkonová rovnice má rychlost, ale zahrnuje také sílu. Osoba běžící po schodech pracuje proti gravitační síle. Síla v tomto případě tedy může být nalezena pomocí jejich hmotnosti a zrychlení v důsledku gravitace, která se na Zemi vždy rovná 9,8 m / s².

Nyní síla a rychlost zapadají do druhého vzorce pro sílu:

Všimněte si, že rozhodnutí ponechat zde jednotky jako J / s, spíše než Watts, je libovolné. Stejně přijatelná odpověď je 235,2 W.

4. Jedna koňská síla v jednotkách SI je asi 746 Wattů, což je založeno na zatížení, které by fit kůň mohl nést po dobu jedné minuty. Kolik práce tentokrát udělal ukázkový kůň?

Jediným krokem před připojením hodnot výkonu a času do první rovnice je zajistit, aby čas byl ve správných jednotkách SI sekund přepsáním jedné minuty na 60 sekund. Pak:

Mnoho elektrických zařízení účtuje zákazníkům poplatek na základě jejichkilowatthodinpoužití. Abyste pochopili význam této společné jednotky elektrické energie, začněte rozebráním jednotek.

Předponakiloznamená 1 000, takže akilowatt (kW)se rovná 1 000 wattů. Tak, akilowatthodina (kWh)je množství kilowattů spotřebovaných za jednu hodinu času.

Chcete-li počítat kilowatthodiny, vynásobte počet kilowattů vynásobený použitými hodinami. Pokud tedy někdo používá 100 W žárovku po dobu 10 hodin, spotřeboval celkem 1 000 Watthodin neboli 1 kWh elektřiny.

1. Elektrická společnost účtuje 0,12 USD za kilowatthodinu. Po dobu 30 minut se používá velmi silné vakuum 3 000 W. Kolik stojí toto množství energie majitele domu?

3000 W = 3 kW

30 minut = 0,5 hodiny

2. Stejný nástroj připočítá domácnosti 10 $ za každé 4 kWh elektřiny, které se vrátí do sítě. Slunce poskytuje asi 1 000 W energie na metr čtvereční. Pokud solární článek o rozloze dva metry čtvereční v domě sbírá energii po dobu 8 hodin, kolik peněz generuje?

Vzhledem k informacím v problému musí být solární článek schopen sbírat 2 000 W od Slunce nebo 2 kW. Za 8 hodin to je 16 kWh.