Fizycy używają codziennych słów w pozornie dziwny i bardzo specyficzny sposób. Dla fizyka praca (W) nie jest tym, co robisz od dziewiątej do piątej w dni powszednie. To iloczyn siły (fa) zastosowane do obiektu pomnożone przez odległość (re) obiekt porusza się w wyniku tej siły.
W=Fd
Jeśli obiekt się nie porusza, żadna praca nie została wykonana. Spróbuj wytłumaczyć to człowiekowi, który próbuje wypchnąć twój samochód z rowu i nie ma szczęścia, aby samochód ruszył.
Fizycy używają również słowa moc (P) w określony sposób. Dla nich moc nie jest tym, co dostajesz jedząc obfite śniadanie. Już czas (t) wymaga wykonania określonej pracy. Równanie mocy to:
P=\frac{W}{t}
Innymi słowy, władza to tempo wykonywania pracy. To także szybkość wymiany ciepła i energii elektrycznej. W badaniu elektryczności formuła mocy to:
P=VI
gdzieVjest napięcie w obwodzie ijajest prąd przepływający przez ten obwód.
Znajomość znaczenia słowa „moc” dla fizyków pomaga zrozumieć jednostki mocy. W systemie SI (metrycznym) jednostkami są waty. Podczas pomiaru w systemie imperialnym jednostkami są stopo-funty/sekundę lub konie mechaniczne. Jedna moc to 550 stopofuntów na sekundę.
Waty są jednostkami mocy w układzie SI
System SI (Système Internationale) – znany również jako system metryczny – ma tylko siedem jednostek podstawowych. Wszystkie inne jednostki pochodzą od nich. W układzie SI długość mierzona jest w metrach, masa w kilogramach, a czas w sekundach. Siła jest równa masie razy przyspieszenie (z drugiego prawa Newtona), więc jednostkami są kg-m/s2. Oznacza to, że jednostki pracy to kg-m2/s2. Zamiast używać tych jednostek w każdym obliczeniu, co byłoby kłopotliwe, naukowcy definiują dżul (J) (nazwany na cześć fizyka Jamesa Prescotta Joule'a) jako 1 kg-m2/s2. Dżul jest również jednostką energii w układzie SI, chociaż zwyczajowo używa się ergów przy pomiarach w centymetrach i gramach.
1\text{ dżul}=1\text{kgm}^2\text{/s}^2\\\text{ }\\1\text{ erg}=1\text{gcm}^2\text{/ s}^2
Moc jest definiowana jako praca podzielona przez czas, więc jej jednostkami są dżule/sekundę. Naukowcy mają też inną nazwę dla tej jednostki. To wat, nazwany na cześć Jamesa Watta, szkockiego wynalazcy, który pomógł opracować silnik parowy, który napędzał rewolucję przemysłową. W układzie SI wat definiuje się jako:
1\text{ wat} = 1\text{ J/s}=1\text{ kgm}^2\text{/s}^3
Jeśli mierzysz w centymetrach i gramach, użyj tego przeliczenia:
1\text{ wat} = 10^7\text{ ergs/s}=10^7\text{gcm}^2\text{/s}^3
Co to jest moc w koniach mechanicznych?
Jeśli lubisz samochody, wiesz, że moc silników samochodowych jest zawsze podawana w koniach mechanicznych. Oznacza to, że moc jest również jednostką mocy, ale skąd się wzięła i dlaczego nadal jest w użyciu?
Okazuje się, że za tę jednostkę mocy odpowiada nie kto inny jak James Watt. Aby sprzedać swoje maszyny parowe, musiał określić ilość pracy, jaką mogą wykonać w określonym czasie. Stworzył jednostkę opartą na tym, ile pracy może wykonać jeden kucyk. W tamtych czasach powszechnie wiedziano, że jeden kucyk może w ciągu minuty unieść 220 funtów węgla do stumetrowego szybu kopalnianego. To przekłada się na 22 000 ft-lb/min. Następnie błędnie założył, że zwykły koń może wykonać o 50% więcej pracy i arbitralnie zdefiniował moc jako 33 000 ft-lb/min, co odpowiada 550 ft-lb/s. W jednostkach SI to 745,7 watów.
Jako jednostka mocy, moc jest zwykle zarezerwowana dla silników i – czasami – dla wydajności chłodzenia klimatyzatora. Dlaczego nadal go używamy? Prawdopodobnie z tego samego powodu, dla którego ludzie w niektórych krajach, w tym w Stanach Zjednoczonych, nadal używają imperialnego systemu miar: przyzwyczajenia.