Sila (fyzika): definícia, vzorec, jednotky, ako nájsť (s príkladmi)

Kulturista aj žiak piateho ročníka by mohli obaja odniesť všetky knihy z police po schodoch, ale je nepravdepodobné, že by úlohu dokončili v rovnakom čase. Kulturistka bude pravdepodobne rýchlejšia, pretože má vyššiumenovitý výkonako piaty ročník.

Podobne závodné auto s vysokýmKonská silabude schopný cestovať ďalej oveľa rýchlejšie ako kôň.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Výkon je mierou množstva práce vykonanej v časovom intervale.

Krátka poznámka o konskej sile: Tento pojem má porovnávať výkon parného stroja s výkonom koňa, pretože v prípade koňského motora s výkonom 700 konských síl by to mohlo byť asi 700-krát väčšie ako v prípade jediného koňa. To siaha až do doby, keď boli parné stroje nové a pracoval na nich jeden z najvýznamnejších vynálezcov zlepšiť svoju efektivitu, James Watt, vytvoril tento výraz ako spôsob, ako presvedčiť priemerného človeka o svojich stojí za to.

Existujú dva spôsoby výpočtu výkonu v závislosti od dostupných informácií. Okrem toho existujú dve jednotky výkonu, ktoré sú rovnako platné.

1. Výkon z hľadiska práce a času:

Kde prácaŽsa meria v newtonmetroch (Nm) a časomtsa meria v sekundách.

2. Sila z hľadiska sily a rýchlosti:

Kde silaFje v Newtonoch (N) a rýchlosťvje v metroch za sekundu (m / s).

Tieto rovnice nie sú náhodne ekvivalentné. Druhá rovnica sa dá odvodiť od tej prvej takto:

Poznač si toprácaje to isté akosilové časy posunutie:​

Nahraďte to prvou výkonovou rovnicou:

Potom, pretože posun v ktorejkoľvek časovej jednotkeje rýchlosť(v = d / t), prepíšte výrazy na konci akovaby sme dostali druhú výkonovú rovnicu.

SI jednotka silypsa zvyčajne uvádza akoWatty (W), pomenovaný pre toho istého Jamesa Watta, ktorý skonštruoval motory a porovnal ich s koňmi. Žiarovky a iné domáce spotrebiče zvyčajne obsahujú túto jednotku na štítkoch.

Pohľad na druhý vzorec sily však vedie k inej jednotke. Rýchlosť silových časov poskytuje meranie v jednotkách newtonmetrov za sekundu (Nm / s). Potom, pretože jednotka energie Joule je tiež definovaná ako jeden newtonmetr (Nm), možno jej prvú časť namiesto toho prepísať na Joule, čo vedie k druhej jednotke výkonu SI:Joulov za sekundu (J / s).​

• Výkon možno merať vo wattoch (W) alebo jouloch za sekundu (J / s).

Zváženie definície moci a dvoch spôsobov, ako ju nájsť, prináša viacero spôsobovzvýšiť niečiu moc: zvýšiť jeho pevnosť (použiť viacsila) alebo urobte rovnakú prácu rýchlejšie (zníženietalebo zvýšiťv). Silné auto je silnéarýchly a slabý nie je ani jeden. Theľahšie a rýchlejšie sa dá pracovať,silnejšísubjekt vykonávajúci prácu.

• Ako zvýšiť výkon: Zvládnite viac za kratšie časové obdobie.

To tiež znamená, že veľmi silný stroj, povedzme vysoko svalový kulturista, by stále moholnedostatok sily. Osoba, ktorá dokáže zdvihnúť veľmi ťažké bremeno, ale len veľmi pomaly, je menej výkonná ako osoba, ktorá ju dokáže zdvihnúť rýchlo.

Podobne, veľmi rýchly stroj alebo človek, ktorý toho veľa nestihne, niekto rýchlo pokazí miesto, ale nikam sa nedostane, nie je v skutočnosti mocný.

1. Usain Bolt vygeneroval okolo 25 W výkonu vo svojom rekordne rýchlom šprinte na 100 m, ktorý trval 9,58 sekundy. Koľko práce urobil?

PretožePatsú dané aŽnie je známe, použite prvú rovnicu:

2. Akou priemernou silou tlačil pri behu o zem?

Odkedyprácav Nm je už známy, rovnako akovysídleniev metroch vydelením dĺžkou pretekusila(inak povedané,prácaje to isté akosilové časy posunutie:W = F × d):

3. Koľko sily vygeneruje človek s hmotnosťou 48 kg, ktorý trvá 6 sekúnd, kým vyjde po 3 metroch schodov?

V tomto probléme je uvedený posun a čas, čo rýchlo umožňuje výpočet rýchlosti:

Druhá výkonová rovnica má rýchlosť, ale zahŕňa aj silu. Osoba, ktorá vybehne po schodoch, pracuje na pôsobení proti gravitačnej sile. Sila v tomto prípade teda možno nájsť pomocou ich hmotnosti a gravitačného zrýchlenia, ktoré sa na Zemi vždy rovná 9,8 m / s.².

Teraz sila a rýchlosť zapadajú do druhého vzorca pre silu:

Všimnite si, že rozhodnutie ponechať jednotky tu ako J / s namiesto Watts je ľubovoľné. Rovnako prijateľná odpoveď je 235,2 W.

4. Jeden výkon v jednotkách SI je asi 746 W, čo je založené na zaťažení, ktoré mohol fit kôň uniesť jednu minútu. Koľko práce v tomto čase urobil ukážkový kôň?

Jediným krokom pred zapojením hodnôt výkonu a času do prvej rovnice je zaistenie času v správnych jednotkách SI sekúnd prepísaním jednej minúty na 60 sekúnd. Potom:

Mnoho elektrických spoločností účtuje zákazníkom poplatok na základe ichkilowatthodínpoužívania. Aby ste pochopili význam tejto spoločnej jednotky elektrickej energie, začnite rozpisom jednotiek.

Predponakiloznamená 1 000, takže akilowatt (kW)sa rovná 1 000 wattov. Teda akilowatthodina (kWh)je množstvo kilowattov spotrebovaných za jednu hodinu času.

Ak chcete počítať kilowatthodiny, vynásobte počet kilowattov krát použité hodiny. Ak teda niekto používa 10 W žiarovku po dobu 10 hodín, spotrebuje celkovo 1 000 Watt hodín alebo 1 kWh elektriny.

1. Elektrická energia si účtuje 0,12 dolára za kilowatthodinu. Po dobu 30 minút sa používa veľmi silné vákuum 3 000 W. Koľko stojí toto množstvo energie majiteľov domov?

3 000 W = 3 kW

30 minút = 0,5 hodiny

2. Rovnaký nástroj pripíše domácnosti 10 dolárov na každé 4 kWh elektriny, ktorú vráti do siete. Slnko poskytuje asi 1 000 W energie na meter štvorcový. Ak solárny článok s rozlohou dva metre štvorcové v dome zhromažďuje energiu po dobu 8 hodín, koľko peňazí generuje?

Vzhľadom na informácie v probléme musí byť solárny článok schopný zhromaždiť 2 000 W zo Slnka alebo 2 kW. Za 8 hodín, to je 16 kWh.