Puterea (fizică): definiție, formulă, unități, modul de găsire (cu exemple)

Un culturist și un elev de clasa a cincea ar putea transporta toate cărțile de pe un raft pe o scară, dar este puțin probabil să termine sarcina în același timp. Culturista va fi probabil mai rapidă, deoarece are un nivel mai mareputerea nominalădecât clasa a cincea.

În mod similar, o mașină de curse cu un highputereva putea călători mult mai repede decât, bine, un cal.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Puterea este o măsură a cât de mult se lucrează într-un interval de timp.

O notă rapidă cu privire la puterea de putere: Termenul este menit să compare producția unui motor cu aburi cu cea a unui cal, întrucât într-un motor de 700 de cai putere ar putea face de aproximativ 700 de ori munca unui singur cal. Acest lucru datează de pe vremea când motoarele cu aburi erau noi și unul dintre cei mai proeminenți inventatori care lucrează îmbunătățirea eficienței lor, James Watt, a inventat termenul ca o modalitate de a convinge persoana obișnuită de a lor in valoare de.

Există două moduri de a calcula puterea, în funcție de informațiile disponibile. În plus, există două unități de putere care sunt la fel de valabile.

1. Puterea în termeni de muncă și timp:

Unde lucreziWse măsoară în Newton-metri (Nm) și în timptse măsoară în secunde.

2. Puterea în termeni de forță și viteză:

Unde forțăFeste în Newtoni (N) și vitezaveste în metri / secundă (m / s).

Aceste ecuații nu sunt echivalente în mod aleatoriu. A doua ecuație poate fi derivată din prima astfel:

Rețineți cămuncăeste la fel caforță ori deplasare:​

Înlocuiți acest lucru în prima ecuație de putere:

Apoi, pentru că deplasarea în orice unitate de timpeste viteza(v = d / t), rescrieți termenii la sfârșit cavpentru a obține a doua ecuație de putere.

Unitatea SI a Puteriipeste prezentat de obicei caWatts (W), numit pentru același James Watt care a proiectat motoare și le-a comparat cu caii. Becurile și alte aparate de uz casnic includ de obicei această unitate pe etichetele lor.

Privind la a doua formulă pentru putere, totuși, se ajunge la o altă unitate. Forța ori viteza oferă o măsurare în unități de Newton-metri pe secundă (Nm / s). Apoi, deoarece unitatea de energie Joule este, de asemenea, definită ca un Newton-metru (Nm), prima parte a acesteia poate fi rescrisă ca Joule, rezultând în a doua unitate de putere SI:Jouli pe secundă (J / s).​

• Puterea poate fi măsurată în wați (W) sau Jouli pe secundă (J / s).

Luând în considerare definiția puterii și cele două moduri de a o găsi, rezultă mai multe modalități de acrește puterea ceva: crește-i puterea (folosește mai multforta) sau faceți aceeași muncă mai repede (micșorațitsau creștev). O mașină puternică este puternicășirapid, iar unul slab nu este nici unul.se poate lucra mai ușor și mai repede,mai puternicentitatea care lucrează.

• Cum creșteți puterea: faceți mai mult într-o perioadă de timp mai scurtă.

Acest lucru implică, de asemenea, că o mașină foarte puternică, să spunem un culturist foarte musculos, ar putea încălipsă de putere. O persoană care poate ridica o sarcină foarte grea, dar numai foarte încet, este mai puțin puternică decât cineva care o poate ridica rapid.

În mod similar, o mașină sau o persoană foarte rapidă care nu se face prea mult, cineva care zboară rapid în loc, dar nu ajunge nicăieri, nu este de fapt puternic.

1. Usain Bolt a generat aproximativ 25 W putere în recordul său de 100 m sprint, care a durat 9,58 secunde. Câtă muncă a făcut?

pentru căPșitsunt date șiWeste necunoscut, utilizați prima ecuație:

2. Cu ce ​​forță medie împingea el la sol în timp ce alerga?

De candmuncăîn Nm este deja cunoscut, la fel cadeplasareîn metri, împărțirea la lungimea cursei va daforta(altfel spus,muncăeste la fel caforță ori deplasare:W = F × d):

3. Câtă putere generează o persoană de 48 kg care durează 6 secunde să urce pe un set de 3 metri de scări?

În această problemă, sunt date deplasarea și timpul, ceea ce permite rapid un calcul al vitezei:

A doua ecuație de putere are viteză, dar include și forță. O persoană care aleargă pe o scară trece la contracararea forței gravitaționale. Deci, forța în acest caz poate fi găsită folosind masa și accelerația lor datorată gravitației, care pe Pământ este întotdeauna egală cu 9,8 m / s².

Acum forța și viteza se încadrează în a doua formulă pentru putere:

Rețineți decizia de a lăsa unitățile aici mai degrabă ca J / s decât Watts este arbitrară. Un răspuns la fel de acceptabil este 235,2 W.

4. O putere în unitățile SI este de aproximativ 746 de wați, care se bazează pe sarcina pe care un cal în formă ar fi putut-o transporta timp de un minut. Câtă muncă a făcut exemplul calului în acest timp?

Singurul pas înainte de a conecta valorile pentru putere și timp în prima ecuație este să vă asigurați că timpul este în unitățile SI corespunzătoare de secunde, rescriind un minut ca 60 de secunde. Atunci:

Multe utilități electrice percep clienților o taxă în funcție de acesteakilowați-orăde utilizare. Pentru a înțelege semnificația acestei unități comune de energie electrică, începeți prin descompunerea unităților.

Prefixulkilogramînseamnă 1.000, deci akilowatt (kW)este egal cu 1.000 de wați. Astfel, akilowatt-oră (kWh)este cantitatea de kilowați utilizată într-o oră de timp.

Pentru a număra kilowați-oră, înmulțiți numărul de kilowați de ori de ore folosite. Astfel, dacă cineva folosește un bec de 100 Watt timp de 10 ore, va folosi un total de 1.000 Watt-or, sau 1 kWh de energie electrică.

1. Un utilitar electric percepe 0,12 dolari pe kilowatt-oră. Un vid foarte puternic de 3.000 W este utilizat timp de 30 de minute. Cât costă această cantitate de energie proprietarilor de case?

3.000 W = 3 kW

30 minute = 0,5 ore

2. Aceeași utilitate creditează o gospodărie cu 10 USD pentru fiecare 4 kWh de energie electrică pe care o returnează în rețea. Soarele oferă aproximativ 1.000 W de putere pe metru pătrat. Dacă o celulă solară de doi metri pătrați pe o casă colectează energie timp de 8 ore, câți bani generează?

Având în vedere informațiile din problemă, celula solară trebuie să poată colecta 2.000 W de la Soare sau 2 kW. În 8 ore, adică 16 kWh.