Другой, еще более распространенной единицей измерения в этой области является «лошадиная сила». В 1789 году Джеймс Уатт рассчитал, что груз весом 75 кг может быть вытащен из шахты лошадью со скоростью 1 м/с. Этот расчет основан на лошадиной силе двигателя. На основе этого сложного расчета можно измерить мощность двигателей в зависимости от этой величины:
Формула механической мощности
Термин «мощность» имеет особое значение в физике. Механическая работа может выполняться с разной скоростью. А механическая мощность показывает, насколько быстро выполняется эта работа. Способность правильно измерять мощность важна для использования энергетических ресурсов.
Физическая концепция мощности
Разные виды мощности
Следующее выражение применимо к формуле механической мощности:
В числителе формулы — затраченный труд, а в знаменателе — время, за которое он выполнен. Эти отношения называются властью.
Существует три различных способа выражения мощности — мгновенная, средняя и максимальная мощность:
- Мгновенная мощность – мощностной показатель, измеренный в данный момент времени. Если рассмотреть уравнение для мощности N = ΔA/Δt, то мгновенная мощность представляет собой ту, которая берется в чрезвычайно малый промежуток времени Δt. Если имеется построенная графическая зависимость мощности от времени, то мгновенная мощность – это просто считываемое с графика значение в любой взятый момент времени. Другая запись выражения для мгновенной мощности:
- Средняя мощность – мощностная величина, измеренная за относительно большой временной отрезок Δt;
- Пиковая мощность – максимальное значение, которое мгновенная мощность может иметь в конкретной системе в течение определенного временного промежутка. Стереосистемы и двигатели автомобилей – примеры устройств, способных обеспечить максимальную мощность, намного выше их средней номинальной мощности. Однако поддерживать эту мощностную величину можно в течение короткого времени. Хотя для эксплуатационных характеристик устройств она может быть более важной, чем средняя мощность.
Важно. Дифференциальная форма уравнения N = dA/dt является универсальной. Если механическая работа выполняется равномерно в течение времени t, то средняя мощность равна мгновенной мощности.
Обозначения следуют из общего уравнения:
Где A — общая работа за определенное время t. Если работа выполняется равномерно, то расчетная величина равна мгновенной мощности; если работа выполняется неравномерно, то расчетная величина равна средней мощности.
Формулы для механической мощности
В каких единицах измеряют мощность
Стандартной единицей измерения мощности является ватт, названный в честь шотландского изобретателя и промышленника Джеймса Уатта. Согласно формуле, W = Дж/с.
Существует еще одна единица измерения мощности, которая до сих пор широко используется: лошадиная сила (л.с.).
Интересно. Термин «лошадиная сила» появился в 17 веке, когда лошадей использовали для подъема грузов в шахтах. Одна лошадиная сила соответствует подъемной силе 75 кг на 1 м за 1 с. Это соответствует 735,5 Вт.
Механическая работа: основные формулы
Работа, совершаемая внешней силой при деформации тела, может быть записана в виде формулы:
A = k*(x2– x1) 2 /2, где k — коэффициент упругости тела. x1и х2— начальная деформация и конечная деформация тела. Оказывается, что произведение в этом случае зависит только от координат.
Работа силы тяжести описывается следующей формулой:
A = m*g*(h2– h1), где m — масса тела. g — ускорение под действием силы тяжести. h1и h2— начальная и конечная высоты тела. Работа силы тяжести (в предположении, что гравитационное поле постоянно и однородно) не зависит от траектории движения тела.
Работа сил трения описывается следующей формулой:
A = -Fтр* S, где Fтр— сила трения. S — расстояние, пройденное телом. Обратите внимание, что сила имеет знак минус. Сила трения всегда противоположна перемещению, независимо от того, куда движется тело.
В международной системе СИ единицей измерения механической работы является джоуль, который соответствует работе, совершаемой силой в 1 Н при перемещении тела на 1 м в направлении ее действия.
Результирующая работа сил
Результирующая механическая работа нескольких сил равна сумме работ отдельных сил.
Если мы предположим, что смещения чрезвычайно малы (ΔSi→0), мы можем перейти к интегралу \\\mathrm=\int_^ F(x) d x\.
Графически работа представляется в виде площади фигуры на диаграмме, показывающей зависимость силы от координаты.
Случаи, когда механическая работа не совершается
- Сила действует, но тело своего местоположения не меняет и не деформируется. Например, когда мы пытаемся сдвинуть с места большой, тяжёлый шкаф;
- Тело движется, но на него не действуют никакие силы либо их действие скомпенсировано. Например, когда тело движется в безвоздушном пространстве только по инерции;
- Сила и перемещение перпендикулярны друг другу. Например, когда на тело действует центростремительная сила.
Из этого следует, что для совершения работы на тело должна действовать сила и что тело должно двигаться под действием этой силы.
У вас нет времени, чтобы сделать это самостоятельно?
Наши эксперты помогут вам!
Если.
Если работа пропорциональна времени, то W ~ t, то мощность постоянна.
Вычислить, найти среднюю мощность по формуле (3)
Мгновенная мощность, формула
В большинстве случаев мощность зависит от времени, P = P(t). Мгновенная мощность — это производная работы по времени:
Где F — мгновенная сила (ньютоны), u — мгновенная скорость (метры/секунду),
Мгновенная мощность равна произведению мгновенной силы и мгновенной скорости.
Формула (6) справедлива, если F или u постоянны. Если F и u постоянны, то P — постоянная мощность.
В случае равномерно ускоренного движения F = const.
Мощность
Теперь, когда мы знаем понятие работы, мы можем обратиться к другой важной величине — мощности. Как известно, многие устройства характеризуются своей мощностью, то есть тем, насколько быстро они могут производить работу. В этом уроке мы поговорим о механической энергии.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим обучающим видео, вам необходимо добавить его в свой личный шкафчик.
2. Распространите видеоуроки среди своих учеников в личных кабинетах.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Конспект урока «Мощность»
Все мы много раз сталкивались с понятием «власть». Например, разные автомобили имеют разные объемы двигателя. Аналогичным образом, электрические приборы могут иметь разную мощность, даже если они служат для одной и той же цели.
Мощность — это физическая величина, характеризующая скорость работы устройства.
Аналогично, механическая мощность — это физическая величина, которая описывает скорость совершения механической работы:
То есть, мощность — это работа в единицу времени.
В системе СИ мощность измеряется в ваттах: N = W. Мощность — это физическая величина энергии.
1 Вт — это работа, совершаемая за 1 с на 1 Дж. В единице мощности, Вт — это работа, совершаемая за 1 с на 1 Дж. В единице мощности.
Существуют и другие единицы измерения мощности, например, лошадиные силы:
Мощность двигателя автомобиля обычно измеряется в лошадиных силах.
Вернемся к формуле для мощности: таким образом, мы можем преобразовать выражение для мощности:
В формуле мы имеем отношение меры смещения к временному интервалу. Это, как вы знаете, скорость:
Обратите внимание, что в полученной формуле мы используем коэффициент скорости, потому что мы разделили не само перемещение, а его коэффициент на время. Таким образом, сила равна произведению коэффициента силы, коэффициента скорости и косинуса угла между их направлениями.
Это имеет смысл: силу поршня можно увеличить, увеличив силу его движения. При приложении большей силы за то же время совершается больше работы, что увеличивает мощность. Но даже если вы сохраните силу постоянной и будете перемещать поршень быстрее, это, несомненно, увеличит работу, совершаемую в единицу времени. Следовательно, мощность увеличится.
Примеры решения проблем.
Задача 1. Мощность мотоцикла составляет 80 л.с. Двигаясь по горизонтальному треку, мотоциклист развивает скорость 150 км/ч. Двигатель работает на 75% своей мощности. В то же время двигатель работает на 75% от максимальной мощности. Определите силу трения, действующую на мотоцикл.
Задача 2. Истребитель под постоянной тягой под углом 45° к горизонту разгоняется от 150 м/с до 570 м/с. Вертикальная и горизонтальная скорости увеличиваются. В то же время, вертикальная и горизонтальная скорости космического истребителя увеличиваются на одну и ту же величину в каждый момент времени. Масса истребителя составляет 20 тонн. Если истребитель разгоняется в течение одной минуты, какова мощность его двигателя?
Приборы для измерения электрической мощности
Измерить мощность можно с помощью ваттметра. Он имеет две обмотки. Один из них подключен последовательно как амперметр, а другой параллельно как вольтметр. На электростанциях ваттметры измеряют значения в киловатт-часах «кВтч». Необходимо измерять не только электричество, но и лазерную энергию. Приборы, способные измерять эту величину, выпускаются как в стационарном, так и в портативном исполнении. Они используются для оценки уровня лазерного излучения от оборудования, использующего этот вид энергии. Одним из портативных измерителей является LP1, японского производителя. LP1 позволяет напрямую измерять силу света, излучаемого оптической точкой оптических устройств, например, в DVD-плеерах.
Счетчик электроэнергии
Мощность в бытовых электрических приборах
Определенное количество электроэнергии используется для нагрева металлической нити лампы, чтобы повысить температуру рабочей поверхности утюга или другого бытового прибора. Мощность, потребляемая нагрузкой в час, называется потребляемой мощностью прибора.
Предупреждение. Если лампа имеет маркировку «40 Вт, 230 В», это означает, что за один час она потребляет 40 Вт от сети переменного тока. Если вы знаете количество ламп и их параметры, вы можете рассчитать, сколько энергии расходуется в месяц на освещение помещений.
Мощность некоторых электрических приборов, Вт
Среднее потребление электроэнергии бытовыми приборами:
- плиты – 110006000 Вт;
- холодильники – 150-600 Вт;
- стиральные машины – 1000-3000 Вт;
- пылесосы – 1300-4000 Вт;
- электрочайники – 2000-3000 Вт.
Электрические характеристики прибора
Номинальные значения каждого прибора указаны на заводской табличке и на корпусе. Там указаны точные значения потребительской информации.
