Poder (Física): Definição, Fórmula, Unidades, Como Encontrar (c / Exemplos)

Um fisiculturista e um aluno do quinto ano podem carregar todos os livros de uma prateleira subindo um lance de escadas, mas não é provável que concluam a tarefa no mesmo período de tempo. O fisiculturista provavelmente será mais rápido porque ela tem uma maiorpotênciado que o quinto ano.

Da mesma forma, um carro de corrida com uma altacavalos de forçaserá capaz de viajar mais longe muito mais rápido do que, bem, um cavalo.

TL; DR (muito longo; Não li)

A potência é uma medida de quanto trabalho é feito em um intervalo de tempo.

Uma nota rápida sobre a potência: o termo se destina a comparar a potência de uma máquina a vapor com a de um cavalo, já que uma máquina de 700 cavalos poderia fazer cerca de 700 vezes o trabalho de um único cavalo. Isso remonta a quando os motores a vapor eram novos e um dos inventores mais proeminentes trabalhando para melhorar suas eficiências, James Watt, cunhou o termo como uma forma de convencer a pessoa média de seu que vale a pena.

Existem duas maneiras de calcular a potência, dependendo das informações disponíveis. Além disso, existem duas unidades de poder que são igualmente válidas.

1. Poder em termos de trabalho e tempo:

Onde trabalhaCé medido em Newton-metros (Nm) e tempoté medido em segundos (s).

2. Potência em termos de força e velocidade:

Onde forçaFestá em Newtons (N), e a velocidadevestá em metros / segundo (m / s).

Essas equações não são equivalentes aleatoriamente. A segunda equação pode ser derivada da primeira assim:

Observe quetrabalhosé o mesmo queforça vezes deslocamento:​

Substitua isso na primeira equação de potência:

Então, porque o deslocamento em qualquer unidade de tempoé velocidade(v = d / t), reescreva os termos no final comovpara obter a segunda equação de potência.

A unidade SI de potênciapgeralmente é apresentado comoWatts (W), nomeado em homenagem ao mesmo James Watt que projetou motores e os comparou a cavalos. Lâmpadas e outros eletrodomésticos geralmente incluem essa unidade em suas etiquetas.

No entanto, olhar para a segunda fórmula do poder leva a outra unidade. Força vezes velocidade fornece uma medida em unidades de Newton-metros por segundo (Nm / s). Então, como a unidade de energia do Joule também é definida como um Newton-metro (Nm), a primeira parte disso pode ser reescrita como um Joule, resultando na segunda unidade SI de potência:Joules por segundo (J / s).​

• A potência pode ser medida em Watts (W) ou Joules por segundo (J / s).

Considerando a definição de poder e as duas maneiras de encontrá-lo, resulta em várias maneiras deaumentar o poder de algo: aumenta a sua força (use maisforça) ou fazer o mesmo trabalho mais rápido (diminuirtou aumentarv). Um carro potente é forteerápido, e um fraco não é. Omais fácil e rapidamente o trabalho pode ser feito, amais poderosoa entidade que faz o trabalho.

• Como aumentar a potência: Faça mais em menos tempo.

Isso também implica que uma máquina muito forte, digamos, um fisiculturista altamente musculoso, ainda podefalta poder. Uma pessoa que pode levantar uma carga muito pesada, mas apenas muito lentamente, é menos poderosa do que alguém que pode levantá-la rapidamente.

Da mesma forma, uma máquina ou pessoa muito rápida que não faz muito, alguém se debatendo rapidamente, mas não chegando a lugar nenhum, não é realmente poderosa.

1. Usain Bolt gerou cerca de 25 W de potência em seu sprint recorde de 100 m, que durou 9,58 segundos. Quanto trabalho ele fez?

PorquePetsão dados, eCé desconhecido, use a primeira equação:

2. Com que força média ele estava empurrando o chão enquanto corria?

Desde atrabalhosem Nm já é conhecido, assim como odeslocamentoem metros, dividindo pela duração da corrida dará oforça(dito de outra forma,trabalhosé o mesmo queforça vezes deslocamento:W = F × d):

3. Quanta energia gera uma pessoa de 48 kg que leva 6 segundos para subir correndo uma escada de 3 metros?

Neste problema, o deslocamento e o tempo são dados, o que permite rapidamente um cálculo da velocidade:

A segunda equação de potência tem velocidade, mas também inclui força. Uma pessoa subindo um lance de escada correndo está trabalhando para conter a força da gravidade. Então, a força neste caso pode ser encontrada usando sua massa e aceleração devido à gravidade, que na Terra é sempre igual a 9,8 m / s².

Agora, força e velocidade se encaixam na segunda fórmula para potência:

Observe que a decisão de deixar as unidades aqui como J / s em vez de Watts é arbitrária. Uma resposta igualmente aceitável é 235,2 W.

4. Um cavalo-vapor em unidades SI é cerca de 746 Watts, que é baseado na carga que um cavalo apto poderia ter carregado por um minuto. Quanto trabalho o cavalo de exemplo fez neste tempo?

A única etapa antes de inserir os valores de potência e tempo na primeira equação é certificar-se de que o tempo está nas unidades SI adequadas de segundos, reescrevendo um minuto como 60 segundos. Então:

Muitas concessionárias de energia elétrica cobram dos clientes uma taxa com base em seusquilowatt-horade uso. Para entender o significado dessa unidade comum de energia elétrica, comece dividindo as unidades.

O prefixoquilosignifica 1.000, então umquilowatt (kW)é igual a 1.000 Watts. Assim, umquilowatt-hora (kWh)é a quantidade de quilowatts usada em uma hora de tempo.

Para contar quilowatts-hora, multiplique o número de quilowatts pelas horas usadas. Portanto, se alguém usa uma lâmpada de 100 Watt por 10 horas, terá usado um total de 1.000 Watt-hora, ou 1 kWh de eletricidade.

1. Uma concessionária de eletricidade cobra US $ 0,12 por quilowatt-hora. Um vácuo muito poderoso de 3.000 W é usado por 30 minutos. Quanto essa quantidade de energia custa aos proprietários?

3.000 W = 3 kW

30 minutos = 0,5 horas

2. A mesma concessionária credita uma residência com $ 10 para cada 4 kWh de eletricidade que retorna à rede. O sol fornece cerca de 1.000 W de potência por metro quadrado. Se uma célula solar de dois metros quadrados em uma casa coleta energia por 8 horas, quanto dinheiro ela gera?

Dadas as informações do problema, a célula solar deve ser capaz de coletar 2.000 W do Sol, ou 2 kW. Em 8 horas, isso é 16 kWh.