Ισχύς (Φυσική): Ορισμός, Τύπος, Μονάδες, Τρόπος εύρεσης (με παραδείγματα)

Ένας bodybuilder και ένας πέμπτος γκρέιντερ θα μπορούσαν και οι δύο να μεταφέρουν όλα τα βιβλία από ένα ράφι σε μια πτήση από σκάλες, αλλά δεν είναι πιθανό να ολοκληρώσουν την εργασία στον ίδιο χρόνο. Το bodybuilder πιθανότατα θα είναι ταχύτερο επειδή έχει υψηλότεροβαθμολογία ισχύοςαπό τον πέμπτο γκρέιντερ.

Ομοίως, ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο με υψηλόιπποδύναμηθα είναι σε θέση να ταξιδέψει μακρύτερα πολύ πιο γρήγορα από ό, τι, ένα άλογο.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Η ισχύς είναι ένα μέτρο για το πόση δουλειά γίνεται σε ένα χρονικό διάστημα.

Μια γρήγορη σημείωση για την ιπποδύναμη: Ο όρος προορίζεται να συγκρίνει την έξοδο μιας ατμομηχανής με εκείνη ενός αλόγου, καθώς σε μια μηχανή 700 ίππων θα μπορούσε να κάνει περίπου 700 φορές τη δουλειά ενός μόνο αλόγου. Αυτό χρονολογείται από όταν οι ατμομηχανές ήταν καινούργιοι και ένας από τους σημαντικότερους εφευρέτες που εργάζονται να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητά τους, ο Τζέιμς Γουατ, επινόησε τον όρο ως τρόπο να πείσει το μέσο άτομο του αξία.

Υπάρχουν δύο τρόποι υπολογισμού της ισχύος, ανάλογα με τις διαθέσιμες πληροφορίες. Επιπλέον, υπάρχουν δύο μονάδες ισχύος που ισχύουν εξίσου.

1. Ισχύς από άποψη εργασίας και χρόνου:

Πού δουλεύειςΔμετριέται σε Newton-meter (Nm) και χρόνοτμετριέται σε δευτερόλεπτα.

2. Ισχύς από άποψη δύναμης και ταχύτητας:

Όπου δύναμηφάείναι σε Newtons (N), και ταχύτηταβείναι σε μέτρα / δευτερόλεπτο (m / s).

Αυτές οι εξισώσεις δεν είναι τυχαία ισοδύναμες. Η δεύτερη εξίσωση μπορεί να προέλθει από την πρώτη όπως:

Σημειώστε ότιεργασίαείναι το ίδιο μεμετατόπιση χρόνων δύναμης:​

Αντικαταστήστε το στην πρώτη εξίσωση ισχύος:

Τότε, επειδή η μετατόπιση σε οποιαδήποτε μονάδα χρόνουείναι η ταχύτητα(v = d / t), ξαναγράψτε τους όρους στο τέλος ωςβγια να πάρετε τη δεύτερη εξίσωση ισχύος.

Η μονάδα SI PowerΠπαρουσιάζεται συνήθως ωςΒατ (Δ), ονομάστηκε για τον ίδιο James Watt που σχεδίασε κινητήρες και τους συνέκρινε με άλογα. Οι λαμπτήρες και άλλες οικιακές συσκευές συνήθως περιλαμβάνουν αυτή τη μονάδα στις ετικέτες τους.

Κοιτάζοντας όμως τη δεύτερη φόρμουλα για ισχύ οδηγεί σε άλλη μονάδα. Η ταχύτητα χρόνου δύναμης δίνει μια μέτρηση στις μονάδες Newton-meter ανά δευτερόλεπτο (Nm / s). Στη συνέχεια, επειδή η μονάδα ενέργειας το Joule ορίζεται επίσης ως ένα Newton-meter (Nm), το πρώτο μέρος αυτού μπορεί να ξαναγραφεί ως Joule αντ 'αυτού, με αποτέλεσμα τη δεύτερη μονάδα ισχύος SI:Joules ανά δευτερόλεπτο (J / s).​

• Η ισχύς μπορεί να μετρηθεί σε Watt (W) ή Joules ανά δευτερόλεπτο (J / s).

Λαμβάνοντας υπόψη τον ορισμό της δύναμης και τους δύο τρόπους για να το βρει αποδίδει πολλούς τρόπουςαυξήστε τη δύναμη κάποιου: αυξήστε τη δύναμή του (χρησιμοποιήστε περισσότεροδύναμη) ή κάντε την ίδια εργασία γρηγορότερα (μείωσητή αύξησηβ). Ένα ισχυρό αυτοκίνητο είναι δυνατόκαιγρήγορα, και ένα αδύναμο δεν είναι ούτε. οπιο εύκολα και γρήγορα μπορεί να γίνει δουλειά, οπιο ισχυρόη οντότητα που κάνει τη δουλειά.

• Πώς να αυξήσετε την ισχύ: Κάντε περισσότερα σε μικρότερο χρονικό διάστημα.

Αυτό συνεπάγεται επίσης ότι ένα πολύ ισχυρό μηχάνημα, ας πούμε ένα πολύ μυώδες bodybuilder, θα μπορούσε ακόμαέλλειψη δύναμης. Ένα άτομο που μπορεί να ανυψώσει ένα πολύ βαρύ φορτίο, αλλά μόνο πολύ αργά, είναι λιγότερο ισχυρό από κάποιον που μπορεί να το ανυψώσει γρήγορα.

Παρομοίως, ένα πολύ γρήγορο μηχάνημα ή ένα άτομο που δεν κάνει πολλά, κάποιος επιταχύνεται γρήγορα αλλά δεν μπαίνει πουθενά, δεν είναι πραγματικά ισχυρός.

1. Ο Usain Bolt δημιούργησε περίπου 25 W ισχύος στο ρεκόρ των 100 μέτρων σπριντ, το οποίο χρειάστηκε 9,58 δευτερόλεπτα. Πόση δουλειά έκανε;

ΕπειδήΠκαιτδίδονται, καιΔείναι άγνωστο, χρησιμοποιήστε την πρώτη εξίσωση:

2. Με ποια μέση δύναμη πιέζει στο έδαφος καθώς έτρεξε;

Απόεργασίαστο Nm είναι ήδη γνωστό, όπως είναι τομετατόπισησε μέτρα, διαιρώντας με το μήκος του αγώνα θα δώσει τοδύναμη(θετω με αλλο τροπο,εργασίαείναι το ίδιο μεμετατόπιση χρόνων δύναμης:Π = F × d):

3. Πόση δύναμη δημιουργεί ένα άτομο 48 κιλών που παίρνει 6 δευτερόλεπτα για να ανεβάσει μια σκάλα 3 μέτρων;

Σε αυτό το πρόβλημα, δίνεται η μετατόπιση και ο χρόνος, ο οποίος επιτρέπει γρήγορα έναν υπολογισμό ταχύτητας:

Η δεύτερη εξίσωση ισχύος έχει ταχύτητα, αλλά περιλαμβάνει επίσης δύναμη. Ένα άτομο που ανεβαίνει μια σκάλα εργάζεται για να αντισταθμίσει τη δύναμη της βαρύτητας. Έτσι, η δύναμη σε αυτή την περίπτωση μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τη μάζα και την επιτάχυνσή τους λόγω της βαρύτητας, η οποία στη Γη είναι πάντα ίση με 9,8 m / s².

Τώρα η δύναμη και η ταχύτητα ταιριάζουν στη δεύτερη φόρμουλα για ισχύ:

Σημειώστε ότι η απόφαση να εγκαταλείψετε τις μονάδες εδώ ως J / s και όχι Watts είναι αυθαίρετη. Εξίσου αποδεκτή απάντηση είναι 235,2 W.

4. Μία ιπποδύναμη σε μονάδες SI είναι περίπου 746 Watts, η οποία βασίζεται στο φορτίο που θα μπορούσε να έχει ένα άλογο κατάλληλο για ένα λεπτό. Πόση δουλειά έκανε το παράδειγμα αλόγου αυτή τη φορά;

Το μόνο βήμα πριν συνδέσετε τις τιμές ισχύος και χρόνου στην πρώτη εξίσωση είναι να βεβαιωθείτε ότι ο χρόνος είναι στις σωστές μονάδες SI δευτερολέπτων γράφοντας ένα λεπτό ως 60 δευτερόλεπτα. Επειτα:

Πολλές ηλεκτρικές επιχειρήσεις χρεώνουν στους πελάτες μια αμοιβή με βάση τουςκιλοβατώρεςχρήσης. Για να κατανοήσετε την έννοια αυτής της κοινής μονάδας ηλεκτρικής ενέργειας, ξεκινήστε καταρρέοντας τις μονάδες.

Το πρόθεμακιλόσημαίνει 1.000, έτσι ακιλοβάτ (kW)ισούται με 1.000 Watt. Έτσι, ακιλοβατώρα (kWh)είναι η ποσότητα κιλοβάτ που χρησιμοποιείται σε μία ώρα του χρόνου.

Για να μετρήσετε τις κιλοβατώρες, πολλαπλασιάστε τον αριθμό των κιλοβατώρων επί τις ώρες που χρησιμοποιήσατε. Έτσι, εάν κάποιος χρησιμοποιεί μια λάμπα 100 Watt για 10 ώρες, θα έχει χρησιμοποιήσει συνολικά 1.000 Watt-ώρες ή 1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας.

1. Ένα ηλεκτρικό βοηθητικό πρόγραμμα χρεώνει 0,12 $ ανά κιλοβατώρα. Ένα πολύ ισχυρό κενό 3.000 W χρησιμοποιείται για 30 λεπτά. Πόσο κοστίζει αυτή η ποσότητα ενέργειας στους ιδιοκτήτες σπιτιού;

3.000 W = 3 kW

30 λεπτά = 0,5 ώρες

2. Το ίδιο βοηθητικό πρόγραμμα πιστώνει ένα νοικοκυριό με 10 $ για κάθε 4 kWh ηλεκτρικής ενέργειας που επιστρέφει στο δίκτυο. Ο ήλιος παρέχει περίπου 1.000 W ισχύος ανά τετραγωνικό μέτρο. Εάν ένα ηλιακό κύτταρο δύο τετραγωνικών μέτρων σε ένα σπίτι συλλέγει ενέργεια για 8 ώρες, πόσα χρήματα παράγει;

Λαμβάνοντας υπόψη τις πληροφορίες για το πρόβλημα, η ηλιακή κυψέλη πρέπει να μπορεί να συλλέγει 2.000 W από τον Ήλιο, ή 2 kW. Σε 8 ώρες, δηλαδή 16 kWh.