Fyysikot käyttävät jokapäiväisiä sanoja näennäisesti oudoilla ja hyvin erityisillä tavoilla. Fyysikolle työ (W) ei ole se, mitä teet yhdeksästä viiteen arkipäivisin. Se on voiman tulo (F), joka on sovellettu objektiin kerrottuna etäisyydellä (d) esine liikkuu kyseisen voiman seurauksena.
W = Fd
Jos esine ei liiku, mitään työtä ei ole tehty. Yritä selittää se miehelle, joka yrittää työntää autosi ojasta ja jolla ei ole onnea saada auto liikkumaan.
Fyysikot käyttävät myös sanaa voima (P) tietyllä tavalla. Heille voima ei ole sitä, mitä saat syömällä runsas aamiainen. On aika (t) se vaatii tietyn määrän työtä. Tehoyhtälö on:
P = \ frac {W} {t}
Toisin sanoen voima on työn tekemisen nopeus. Se on myös lämmön ja sähköenergian siirtonopeus. Sähkön tutkimuksessa tehokaava on:
P = VI
missäVon piirin jännite jaMinäon virta, joka kulkee kyseisen piirin läpi.
Tieto siitä, mitä sana "voima" tarkoittaa fyysikoille, auttaa ymmärtämään voimayksiköitä. SI (metrinen) -järjestelmässä yksiköt ovat wattia. Kun mitataan keisarillisessa järjestelmässä, yksiköt ovat joko jalkapainoja sekunnissa tai hevosvoimaa. Yksi hevosvoima on yhtä suuri kuin 550 jalkaa / sekunti.
Wattia ovat SI-järjestelmän tehoyksiköt
SI (Système Internationale) -järjestelmässä - joka tunnetaan myös nimellä metrinen järjestelmä - on vain seitsemän perusyksikköä. Kaikki muut yksiköt on johdettu näistä. SI-järjestelmässä pituus mitataan metreinä, massa kilogrammoina ja aika sekunteina. Voima on yhtä suuri kuin massa kertaa kiihtyvyys (Newtonin toisesta laista), joten yksiköt ovat kg-m / s2. Tämä tarkoittaa, että työyksiköt ovat kg-m2/ s2. Sen sijaan, että käyttäisivät näitä yksiköitä jokaisessa laskussa, mikä olisi hankalaa, tutkijat määrittelevät joulen (J) (nimetty fyysikko James Prescott Joulen mukaan) 1 kg-m2/ s2. Joule on myös SI-järjestelmän energian yksikkö, vaikka on tapana käyttää ergoja mitattaessa senttimetreinä ja grammoina.
1 \ text {joule} = 1 \ text {kgm} ^ 2 \ text {/ s} ^ 2 \\\ text {} \\ 1 \ text {erg} = 1 \ text {gcm} ^ 2 \ text {/ s} ^ 2
Teho määritellään työn jaettuna ajalla, joten sen yksiköt ovat joulea sekunnissa. Tutkijoilla on myös toinen nimi tälle yksikölle. Se on watti, joka on nimetty skotlantilaisen keksijän James Wattin mukaan, joka auttoi kehittämään teollista vallankumousta käyttävän höyrykoneen. SI-järjestelmässä watti määritellään seuraavasti:
1 \ text {watt} = 1 \ text {J / s} = 1 \ text {kgm} ^ 2 \ text {/ s} ^ 3
Jos mittaat senttimetreinä ja grammoina, käytä tätä muunnosta:
1 \ text {watt} = 10 ^ 7 \ text {ergs / s} = 10 ^ 7 \ text {gcm} ^ 2 \ text {/ s} ^ 3
Mikä on hevosvoima?
Jos pidät autoista, tiedät, että autojen moottoritehot ilmoitetaan aina hevosvoimina. Tämä tarkoittaa, että hevosvoima on myös voimayksikkö, mutta mistä se tuli, ja miksi sitä käytetään edelleen?
Kävi ilmi, että kukaan muu kuin James Watt on mies, joka on vastuussa tästä voimayksiköstä. Myydäkseen höyrykoneensa hänen oli määritettävä niiden työn määrä, jotka he voisivat tehdä tietyssä ajassa. Hän loi yksikön sen perusteella, kuinka paljon työtä yksi kuoppaponi voisi tehdä. Tuolloin oli hyvin tiedossa, että yksi poni pystyi nostamaan 220 kiloa kivihiiltä 100 jalan kaivosakseliin minuutissa. Se tarkoittaa 22000 ft-lb / min. Sitten hän oletti virheellisesti, että tavallinen hevonen voisi tehdä 50% enemmän työtä, ja määritti mielivaltaisesti hevosvoimaksi 33 000 ft-lb / min, mikä on sama kuin 550 ft-lb / s. SI-yksiköissä se on 745,7 wattia.
Tehoyksikkönä hevosvoimat varataan yleensä moottoreille ja - joskus - ilmastointilaitteen jäähdytysteholle. Miksi käytämme sitä edelleen? Todennäköisesti samasta syystä, että ihmiset joissakin maissa, mukaan lukien Yhdysvallat, käyttävät edelleen keisarillista mittausjärjestelmää: tapana.