Jauda (fizika): definīcija, formula, vienības, kā atrast (ar piemēriem)

Kultūrists un piektās klases skolnieks varēja visas grāmatas nēsāt no plaukta augšup pa kāpnēm, taču, visticamāk, viņi nepaveiks uzdevumu tajā pašā laikā. Kultūrists, iespējams, būs ātrāks, jo viņai ir augstāksjaudas vērtējumsnekā piektās klases skolnieks.

Līdzīgi sacīkšu automašīna ar augstuzirgspēkuvarēs ceļot tālāk daudz ātrāk nekā, labi, zirgs.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Jauda ir mērs tam, cik daudz laika intervālā tiek veikts darbs.

Ātra piezīme par zirgspēku: Šis termins ir domāts, lai salīdzinātu tvaika dzinēja jaudu ar zirga jaudu, jo 700 zirgspēku dzinējs varētu aptuveni 700 reizes pārsniegt viena zirga darbu. Tas datējams ar laiku, kad tvaika dzinēji bija jauni un viens no ievērojamākajiem izgudrotājiem, pie kura strādāja Lai uzlabotu viņu efektivitāti, Džeimss Vats šo terminu izdomāja kā veidu, kā pārliecināt vidusmēra cilvēku par viņu vērts.

Atkarībā no pieejamās informācijas ir divi jaudas aprēķināšanas veidi. Turklāt ir divas jaudas vienības, kas ir vienlīdz derīgas.

1. Jauda darba un laika ziņā:

Kur darbsWmēra ņūtonmetros (Nm) un laikātmēra sekundēs (s).

2. Jauda spēka un ātruma izteiksmē:

Kur spēksFir Ņūtonos (N), un ātrumsvir metros / sekundē (m / s).

Šie vienādojumi nav nejauši ekvivalenti. Otro vienādojumu var atvasināt no pirmā šādi:

Pieraksti todarbsir tas pats, kasspēks reizes pārvietojums:​

Aizstājiet to pirmajā jaudas vienādojumā:

Tad, jo pārvietošanās jebkurā laika vienībāir ātrums(v = d / t), beigās pārrakstiet noteikumus kāvlai iegūtu otro jaudas vienādojumu.

SI jaudas vienībalppparasti tiek pasniegts kāVati (W), kas nosaukts par to pašu Džeimsu Vatu, kurš projektēja dzinējus un salīdzināja tos ar zirgiem. Spuldzes un citas sadzīves ierīces parasti uz etiķetēm satur šo vienību.

Aplūkojot otro jaudas formulu, tiek novirzīta uz citu vienību. Spēka un ātruma ātrums dod mērījumu ņūtonmetru sekundē (Nm / s). Tad, tā kā enerģijas vienība Džouls ir definēts arī kā viens ņūtonmetrs (Nm), tā pirmo daļu tā vietā var pārrakstīt kā Džoulu, kā rezultātā iegūst otro SI jaudas mērvienību:Džouls sekundē (J / s).​

• Jaudu var mērīt vatos (W) vai džoulos sekundē (J / s).

Ņemot vērā varas definīciju un divus veidus, kā to atrast, tiek iegūti vairāki veidipalielināt kaut ko spēku: palieliniet tā izturību (izmantojiet vairākspēks) vai veiciet to pašu darbu ātrāk (samaziniettvai palielinātv). Spēcīga automašīna ir spēcīgaunātri, un vāja nav ne viena, ne otra. Thedarbu var paveikt vieglāk un ātrāk,jaudīgāksvienība, kas veic darbu.

• Kā palielināt jaudu: paveiciet vairāk laika īsākā laika posmā.

Tas arī nozīmē, ka ļoti spēcīga mašīna, teiksim, ļoti muskuļots kultūrists, tomēr varētutrūkst jaudas. Persona, kas spēj pacelt ļoti smagu kravu, bet tikai ļoti lēni, ir mazāk spēcīga nekā tā, kas spēj to pacelt ātri.

Tāpat ļoti ātra mašīna vai cilvēks, kas neko daudz nepadara, kāds ātri plivinās vietā, bet nekur nenonāk, patiesībā nav spēcīgs.

1. Savā rekordu sasniegušajā 100 m sprintā Usins Bolts ģenerēja aptuveni 25 W jaudu, kas aizņēma 9,58 sekundes. Cik lielu darbu viņš paveica?

Tā kāPunttiek doti, unWnav zināms, izmantojiet pirmo vienādojumu:

2. Ar kādu vidēju spēku viņš skrienot stūma pret zemi?

KopšdarbsNm jau ir zināms, tāpat kāpārvietošanametros, dalot ar sacensību garumu, tiks iegūtsspēks(izsakoties citādi,darbsir tas pats, kasspēks reizes pārvietojums:W = F × d):

3. Cik lielu jaudu rada 48 kg smags cilvēks, kuram nepieciešamas 6 sekundes, lai uzbrauktu augšup pa 3 metru kāpņu komplektu?

Šajā problēmā ir norādīts pārvietojums un laiks, kas ātri ļauj aprēķināt ātrumu:

Otrajam jaudas vienādojumam ir ātrums, bet tajā ietilpst arī spēks. Persona, kas skrien augšup pa kāpnēm, strādā, lai novērstu gravitācijas spēku. Tātad spēku šajā gadījumā var atrast, izmantojot to masu un paātrinājumu gravitācijas dēļ, kas uz Zemes vienmēr ir vienāds ar 9,8 m / s².

Tagad spēks un ātrums ietilpst otrajā jaudas formulā:

Ņemiet vērā, ka lēmums atstāt vienības šeit kā J / s, nevis Vats ir patvaļīgs. Tikpat pieņemama atbilde ir 235,2 W.

4. Viens zirgspēks SI mērvienībās ir aptuveni 746 vati, kas ir balstīts uz slodzi, ko derīgs zirgs varētu izturēt vienu minūti. Cik lielu darbu šajā laikā paveica zirga paraugs?

Vienīgais solis pirms jaudas un laika vērtību pieslēgšanas pirmajam vienādojumam ir pārliecināties, ka laiks ir pareizajās SI sekundes vienībās, vienu minūti pārrakstot par 60 sekundēm. Tad:

Daudzi elektrības uzņēmumi no klientiem iekasē maksu, pamatojoties uz viņukilovatstundaslietošanas. Lai saprastu šīs kopējās elektroenerģijas vienības nozīmi, vispirms sadaliet vienības.

Prefiksskilogramunozīmē 1000, tātad akilovats (kW)ir vienāds ar 1000 vatiem. Tādējādi akilovatstunda (kWh)ir vienā stundā izmantotais kilovatu daudzums.

Lai saskaitītu kilovatstundas, reiziniet kilovatu skaitu un reizes, kas patērētas stundās. Tādējādi, ja kāds 10 stundu laikā izmanto 100 vatu spuldzi, viņš kopā būs izmantojis 1000 vatstundas jeb 1 kWh elektroenerģijas.

1. Elektroenerģija maksā 0,12 USD par kilovatstundu. 30 minūšu laikā tiek izmantots ļoti jaudīgs 3000 W vakuums. Cik šis enerģijas daudzums maksā māju īpašniekiem?

3000 W = 3 kW

30 minūtes = 0,5 stundas

2. Tā pati lietderība mājsaimniecībai piešķir 10 USD par katriem 4 kWh elektroenerģijas, ko tā atgriež tīklā. Saule nodrošina aptuveni 1000 W jaudu uz kvadrātmetru. Ja divu kvadrātmetru saules baterija uz mājas 8 stundas vāc enerģiju, cik daudz naudas tas rada?

Ņemot vērā problēmu, saules baterijai jāspēj no Saules savākt 2000 W jeb 2 kW. 8 stundu laikā tas ir 16 kWh.