Jõud (füüsika): määratlus, valem, ühikud, kuidas leida (koos näidetega)

Kulturist ja viienda klassi õpilane võiksid kõik raamatud mööda trepiastmeid riiulilt kanda, kuid tõenäoliselt ei jõua nad ülesandega sama palju aega. Kulturist on tõenäoliselt kiirem, sest tal on kõrgemvõimsuse nimiväärtuskui viienda klassi õpilane.

Samamoodi võidusõiduauto kõrgehobujõudusaab palju kiiremini sõita kui hobune.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Võimsus on mõõt, kui palju tööd ajavahemikus tehakse.

Kiire märkus hobujõu kohta: see mõte on mõeldud aurumasina väljundi võrdlemiseks hobuse omaga, kuna 700 hobujõulise mootoriga saaks ühe hobuse töö umbes 700 korda suurem. See pärineb ajast, mil aurumasinad olid uued ja üks silmapaistvamaid leiutajaid, kes selle nimel töötas nende tõhususe parandamiseks lõi James Watt selle termini, et veenda tavainimest nende elus väärt.

Võimsuse arvutamiseks on kaks võimalust, olenevalt sellest, milline teave on saadaval. Lisaks on kaks võimsusühikut, mis kehtivad võrdselt.

1. Võim töö ja aja osas:

Kus tööWmõõdetakse Newton-meetrites (Nm) ja ajastmõõdetakse sekundites (sekundites).

2. Võimsus jõu ja kiiruse osas:

Kus jõudFon Newtonites (N) ja kiirusvon meetrites sekundis (m / s).

Need võrrandid pole juhuslikult samaväärsed. Teise võrrandi võib tuletada esimesest järgmiselt:

Pange tähele, ettööon sama nagujõu kordi nihe:​

Asendage see esimese võimsusvõrrandiga:

Siis, sest nihe mis tahes ajaühikuson kiirus(v = d / t), kirjutage lõpus olevad tingimused ümber kujulvteise võimsusvõrrandi saamiseks.

SI võimsuse ühiklkesitatakse tavaliselt kuiVatt (W), mille nimi on sama James Watt, kes konstrueeris mootoreid ja võrdles neid hobustega. Lambipirnid ja muud kodumasinad sisaldavad seda seadet tavaliselt siltidel.

Teise võimsuse valemi vaatamine viib siiski teise ühikuni. Jõu ja kiiruse kiirus annab mõõtmise ühikutes Newton-meetrit sekundis (Nm / s). Siis, kuna energiaühik on Joule määratletud ka ühe Newton-meetrina (Nm), saab selle esimese osa selle asemel Joule-ks kirjutada, mille tulemuseks on teine ​​SI võimsusühik:Joule sekundis (J / s).​

• Võimsust saab mõõta vattides (W) või džaulides sekundis (J / s).

Võimu definitsiooni ja selle leidmise kahel viisil arvestamine annab mitu võimalustsuurendada millegi jõudu: suurendage selle tugevust (kasutage rohkemjõud) või saada sama töö kiiremini tehtud (väheneminetvõi suurendadav). Võimas auto on tugevjakiire ja nõrk pole kumbki. Thelihtsamalt ja kiiremini saab tööd teha,võimsamtööd tegev üksus.

• Kuidas suurendada võimsust: saate lühema aja jooksul rohkem teha.

See tähendab ka seda, et väga tugev masin, ütleme väga lihaseline kulturist, võiks siiski hakkama saadapuudub jõud. Inimene, kes suudab tõsta väga rasket koormat, kuid ainult väga aeglaselt, on vähem võimas kui keegi, kes suudab seda kiiresti tõsta.

Samamoodi ei ole tegelikult väga kiire masin või inimene, kes ei saa palju ära tehtud, keegi kiiresti paigal vehib, kuid ei jõua kuhugi.

1. Usain Bolt tekitas oma rekordmängus 100 m sprindis umbes 25 W võimsust, milleks kulus 9,58 sekundit. Kui palju tööd ta tegi?

SestPjatantakse jaWon tundmatu, kasutage esimest võrrandit:

2. Millise keskmise jõuga ta jooksmisel vastu maad surus?

Kunatööaastal Nm on juba teada, nagu kanihemeetrites, jagades võistluse pikkuse, saadjõud(teisiti öeldes,tööon sama nagujõu kordi nihe:W = F × d):

3. Kui palju tekitab võimsust 48 kg kaaluv inimene, kellel kulub 3 meetri pikkuse trepist üles sõitmiseks 6 sekundit?

Selles ülesandes on antud nihe ja aeg, mis võimaldab kiiresti arvutada kiirust:

Teisel võimsusvõrrandil on kiirus, kuid see sisaldab ka jõudu. Trepist ülespoole jooksev inimene töötab raskusjõu vastu. Niisiis, jõu saab sel juhul leida nende massi ja gravitatsioonist tingitud kiirenduse abil, mis Maal on alati võrdne 9,8 m / s².

Nüüd sobivad jõud ja kiirus teise võimsuse valemiga:

Pange tähele, et otsus jätta üksused siia pigem J / s kui Watts on meelevaldne. Sama vastuvõetav vastus on 235,2 W.

4. Üks hobujõud SI ühikutes on umbes 746 vatti, mis põhineb koormusel, mida sobiv hobune oleks võinud ühe minuti jooksul kanda. Kui palju tööd näituse hobune selle ajaga tegi?

Ainus samm enne võimsuse ja aja väärtuste ühendamist esimesse võrrandisse on veenduda, et aeg oleks õigetes SI sekundiühikutes, kirjutades ühe minuti ümber 60 sekundiks. Siis:

Paljud elektriettevõtted võtavad klientidelt tasu vastavalt neilekilovatt-tundikasutamise kohta. Selle üldise elektrienergiaühiku tähenduse mõistmiseks alustage ühikute lagundamisest.

Eesliidekilotähendab 1000, seega akilovatt (kW)on võrdne 1000 W-ga. Seega akilovatt-tund (kWh)on ühe tunni jooksul kasutatud kilovattide kogus.

Kilovatt-tundide lugemiseks korrutage kilovattide arv ja kasutatud tundide arv. Seega, kui keegi kasutab 100-vatist lambipirnit 10 tundi, on ta kasutanud kokku 1000 vatt-tundi ehk 1 kWh elektrit.

1. Elektrivõrk maksab 0,12 dollarit kilovatt-tunni kohta. 30 minuti jooksul kasutatakse väga võimsat 3000 W vaakumit. Kui palju see energiahulk majaomanikele maksab?

3000 W = 3 kW

30 minutit = 0,5 tundi

2. Sama teenus krediteerib leibkonnale 10 dollarit iga võrku tagastatud 4 kWh elektrienergia eest. Päike annab umbes 1000 W võimsust ruutmeetri kohta. Kui maja kahe ruutmeetri suurune päikesepatarei kogub energiat 8 tunniks, siis kui palju raha see genereerib?

Arvestades probleemis olevat teavet, peab päikesepatarei suutma Päikeselt koguda 2000 W ehk 2 kW. 8 tunni jooksul, see on 16 kWh.