I fisici usano le parole di tutti i giorni in modi apparentemente strani e molto specifici. Per un fisico, lavoro (W) non è quello che fai dalle nove alle cinque nei giorni feriali. È il prodotto della forza (F) applicato a un oggetto moltiplicato per la distanza (d) l'oggetto si muove per effetto di tale forza.
W=Fd
Se l'oggetto non si muove, non è stato eseguito alcun lavoro. Prova a spiegarlo all'uomo che sta cercando di spingere la tua auto fuori da un fosso e non ha fortuna a farla muovere.
I fisici usano anche la parola potere (P) in modo specifico. Per loro il potere non è quello che si ottiene mangiando una ricca colazione. È il momento (t) ci vuole per fare una certa quantità di lavoro. L'equazione della potenza è:
P=\frac{W}{t}
In altre parole, la potenza è la velocità di esecuzione del lavoro. È anche la velocità di trasferimento del calore e dell'energia elettrica. Nello studio dell'elettricità, la formula della potenza è:
P=VI
doveVè la tensione in un circuito eioè la corrente che scorre in quel circuito.
Sapere cosa significa la parola "potere" per i fisici ti aiuta a capire le unità di potere. Nel sistema SI (metrico), le unità sono i watt. Quando si misura nel sistema imperiale, le unità sono piedi per libbra/secondo o cavalli vapore. Un cavallo equivale a 550 piedi per libbra/secondo.
I watt sono le unità di potenza nel sistema SI
Il sistema SI (Système Internationale) – noto anche come sistema metrico – ha solo sette unità di base. Tutte le altre unità sono derivate da queste. Nel sistema SI, la lunghezza è misurata in metri, la massa in chilogrammi e il tempo in secondi. La forza è uguale alla massa per l'accelerazione (dalla seconda legge di Newton), quindi le unità sono kg-m/s2. Ciò significa che le unità di lavoro sono kg-m2/S2. Piuttosto che usare queste unità in ogni calcolo, che sarebbe ingombrante, gli scienziati definiscono un joule (J) (dal nome del fisico James Prescott Joule) come 1 kg-m2/S2. Il joule è anche l'unità di misura dell'energia nel sistema SI, sebbene sia consuetudine utilizzare gli erg quando si misura in centimetri e grammi.
1\text{ joule}=1\text{ kgm}^2\text{/s}^2\\\text{ }\\1\text{ erg}=1\text{ gcm}^2\text{/ s}^2
La potenza è definita come il lavoro diviso per il tempo, quindi le sue unità sono joule/secondo. Gli scienziati hanno anche un altro nome per questa unità. È il watt, che prende il nome da James Watt, l'inventore scozzese che aiutò a sviluppare il motore a vapore che alimentò la rivoluzione industriale. Nel sistema SI, il watt è definito come:
1\text{ watt} = 1\text{ J/s}=1\text{ kgm}^2\text{/s}^3
Se stai misurando in centimetri e grammi, usa questa conversione:
1\testo{ watt} = 10^7\testo{ erg/s}=10^7\testo{ gcm}^2\testo{/s}^3
Che cos'è una potenza?
Se ti piacciono le auto, sai che le potenze nominali dei motori delle auto sono sempre espresse in cavalli. Ciò significa che anche la potenza è un'unità di potenza, ma da dove viene e perché è ancora in uso?
Si scopre che nientemeno che James Watt è l'uomo responsabile di questa unità di potere. Per vendere le sue macchine a vapore, doveva quantificare la quantità di lavoro che potevano svolgere in un certo tempo. Ha creato un'unità basata su quanto lavoro potrebbe fare un singolo pit pony. All'epoca era ben noto che un singolo pony poteva sollevare 220 libbre di carbone su un pozzo di una miniera di 100 piedi in un minuto. Ciò si traduce in 22.000 piedi-lb/min. Ha quindi erroneamente assunto che un cavallo normale potesse fare il 50% di lavoro in più e ha definito arbitrariamente la potenza come 33.000 piedi-libbre/min, che è lo stesso di 550 piedi-lb/s. Nelle unità SI, sono 745,7 watt.
Come unità di potenza, la potenza è solitamente riservata ai motori e, a volte, alla capacità di raffreddamento del condizionatore. Perché lo usiamo ancora? Probabilmente per lo stesso motivo per cui le persone in alcuni paesi, compresi gli Stati Uniti, usano ancora il sistema di misurazione imperiale: l'abitudine.