Galia (fizika): apibrėžimas, formulė, vienetai, kaip rasti (su pavyzdžiais)

Kultūristas ir penktokas gali visas knygas nešti iš lentynos laiptais, tačiau greičiausiai jie neatliks užduoties per tą patį laiką. Kultūristas greičiausiai bus greitesnis, nes turi aukštesnįgalios įvertinimasnei penktokas.

Panašiai ir lenktyninis automobilis su aukštuarklio galiųgalės keliauti toliau kur kas greičiau nei, na, arklys.

TL; DR (per ilgai; Neskaitė)

Galia yra tai, kiek darbo padaryta per tam tikrą laiko tarpą.

Greita pastaba apie arklio galias: Šis terminas skirtas garo variklio ir žirgo galios palyginimui, nes 700 arklio galių variklis galėtų maždaug 700 kartų viršyti vieno arklio darbą. Tai atsirado dar tada, kai garo varikliai buvo nauji ir vienas žymiausių išradėjų dirbo pagerinti jų efektyvumą, Jamesas Wattas sukūrė šį terminą kaip būdą įtikinti paprastą žmogų verta.

Galimybę apskaičiuoti yra du būdai, atsižvelgiant į tai, kokia informacija yra prieinama. Be to, yra du galios vienetai, kurie galioja vienodai.

1. Galia darbo ir laiko atžvilgiu:

Kur darbasWmatuojamas Niutono metrais (Nm) ir laikutmatuojamas sekundėmis (-ėmis).

2. Galia jėgos ir greičio atžvilgiu:

Kur jėgaFyra Niutonais (N), ir greitisvyra metrais / sekunde (m / s).

Šios lygtys nėra atsitiktinai lygiavertės. Antrąją lygtį galima išvesti iš pirmosios, taip:

Prisimink taidarbasyra tas pats kaipjėgos kartų poslinkis:​

Pakeiskite tai į pirmąją galios lygtį:

Tada, nes poslinkis bet kuriuo laiko vienetuyra greitis(v = d / t), pabaigos žodžius perrašykite kaipvgauti antrąją galios lygtį.

SI galios vienetasppaprastai pateikiama kaipW (W), pavadintas tuo pačiu Jamesu Wattu, kuris sukūrė variklius ir palygino juos su žirgais. Šviesos lemputės ir kiti buitiniai prietaisai dažniausiai žymi šį įrenginį.

Tačiau pažvelgus į antrąją galios formulę, gaunamas kitas vienetas. Jėga ir greitis suteikia matavimą Niutono metrų per sekundę (Nm / s) vienetais. Tada, kadangi energijos vienetas Džoulis taip pat apibrėžiamas kaip vienas Niutono metras (Nm), pirmąją jo dalį galima perrašyti kaip Džaulį, o tai duoda antrąjį SI galios vienetą:Džulai per sekundę (J / s).​

• Galingumą galima išmatuoti vatais (W) arba džauliais per sekundę (J / s).

Atsižvelgiant į galios apibrėžimą ir du būdus, kaip ją rasti, gaunami keli būdaipadidinti kažko galią: padidinti jo stiprumą (naudoti daugiaujėga) arba greičiau atlikite tą patį darbą (sumažėjimastarba padidintiv). Galingas automobilis yra stiprusirgreitai, o silpnas - nė vienas. Thelengviau ir greičiau galima atlikti darbą,galingesnissubjektas, atliekantis darbą.

• Kaip padidinti galią: daugiau nuveikite per trumpesnį laiką.

Tai taip pat reiškia, kad labai stipri mašina, sako, labai raumeningas kultūristas, vis tiek galėtųtrūksta galios. Asmuo, galintis pakelti labai sunkų krovinį, bet tik labai lėtai, yra mažiau galingas nei tas, kuris gali jį greitai pakelti.

Panašiai ir labai greita mašina ar žmogus, kuris nedaug nuveikia, kažkas greitai klostosi vietoje, bet niekur nedingsta, iš tikrųjų nėra galingas.

1. Rekordiniame 100 m sprinte, kuris užtruko 9,58 sekundės, Usainas Boltas sugeneravo apie 25 W energijos. Kiek jis dirbo?

NesPirtyra duota, irWnežinoma, naudokite pirmąją lygtį:

2. Su kokia vidutine jėga jis bėgdamas stūmė žemę?

NuodarbasNm jau žinomas, kaip irposlinkismetrais, padalijus iš varžybų ilgio, busjėga(kitaip tariant,darbasyra tas pats kaipjėgos kartų poslinkis:W = F × d):

3. Kiek jėgų sukuria 48 kg svorio žmogus, kuriam prireikia 6 sekundžių, kad įveiktų 3 metrų laiptų komplektą?

Šioje problemoje nurodomas poslinkis ir laikas, kuris greitai leidžia apskaičiuoti greitį:

Antroji galios lygtis turi greitį, tačiau ji taip pat apima jėgą. Asmuo, bėgantis laiptais, stengiasi atsverti sunkio jėgą. Taigi, jėgą šiuo atveju galima rasti naudojant jų masę ir pagreitį dėl sunkio jėgos, kuri Žemėje visada lygi 9,8 m / s².

Dabar jėga ir greitis telpa į antrąją galios formulę:

Atkreipkite dėmesį, kad sprendimas palikti vienetus čia kaip J / s, o ne Watts yra savavališkas. Ne mažiau priimtinas atsakymas yra 235,2 W.

4. Viena arklio galia SI vienetais yra apie 746 vatai, pagrįsta apkrova, kurią tinkamas arklys galėjo nešti vieną minutę. Kiek per šį laiką dirbo žirgo pavyzdys?

Vienintelis žingsnis prieš prijungiant galios ir laiko reikšmes į pirmąją lygtį yra įsitikinti, kad laikas nurodomas tinkamais SI sekundžių vienetais, perrašant vieną minutę kaip 60 sekundžių. Tada:

Daugelis elektros įmonių ima klientams mokestį pagal jų kainąkilovatvalandžiųnaudojimo. Norėdami suprasti šio bendro elektros energijos vieneto reikšmę, pradėkite nuo vienetų suskaidymo.

Priešdėliskilogramoreiškia 1000, taigi akilovatas (kW)yra lygus 1 000 vatų. Taigi, akilovatvalandė (kWh)yra per valandą sunaudotas kilovatų kiekis.

Norėdami skaičiuoti kilovatvalandes, padauginkite kilovatų skaičių ir sunaudotas valandas. Taigi, jei kas nors naudos 100 vatų elektros lemputę 10 valandų, jis iš viso suvartos 1 000 vatų arba 1 kWh elektros energijos.

1. Elektros įmonė už kilovatvalandę ima 0,12 USD. 30 minučių naudojamas labai galingas 3000 W vakuumas. Kiek šis energijos kiekis kainuoja namo savininkams?

3 000 W = 3 kW

30 minučių = 0,5 valandos

2. Tas pats komunalinis ūkis kredituoja 10 USD už kiekvieną 4 kWh elektros energijos, kurią jis grąžina į tinklą. Saulė suteikia apie 1000 W galios vienam kvadratiniam metrui. Jei dviejų kvadratinių metrų ploto saulės elementas ant namo surenka energiją 8 valandoms, kiek tai sukuria pinigų?

Atsižvelgiant į problemos informaciją, saulės elementas turi sugebėti surinkti 2000 W iš Saulės arba 2 kW. Per 8 valandas tai yra 16 kWh.