Как найти мощность через энергию

Работа, мощность, КПД

Сила, перемещающая тело, совершает работу. Работа – это разность энергии тела в начале процесса и в его конце. А мощность – это работа за одну секунду. Коэффициент полезного действия (КПД) – это дробное число. Максимальный КПД равен единице, однако, часто, КПД меньше единицы.

Работы силы, формула

Сила, приложенная к телу и перемещающая его, совершает работу (рис. 1).

Работа силы — это скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения.

Работу, совершаемую силой, можно посчитать, используя векторный или скалярный вид записи такой формулы:

Векторный вид записи

Для решения задач правую часть этой формулы удобно записывать в скалярном виде:

[ large boxed < A = left| vecright| cdot left| vec right| cdot cos(alpha) >]

( F left( H right) ) – сила, перемещающая тело;

( S left( text <м>right) ) – перемещение тела под действием силы;

( alpha ) – угол между вектором силы и вектором перемещения тела;

Работу обозначают символом (A) и измеряют в Джоулях. Работа – это скалярная величина.

В случае, когда сила постоянная, формула позволяет рассчитать работу, совершенную силой за полное время ее действия.

Если сила изменяется со временем, то в каждый конкретный момент времени будем получать мгновенную работу. Эти, мгновенные значения для разных моментов времени будут различаться.

Рассмотрим несколько случаев, следующих из формулы:

  1. Когда угол между силой и перемещением острый, работа силы положительная;
  2. А если угол тупой — работа отрицательная, так как косинус тупого угла отрицательный;
  3. Если же угол прямой – работа равна нулю. Сила, перпендикулярная перемещению, работу не совершает!

Работа — разность кинетической энергии

Работу можно рассчитать еще одним способом — измеряя кинетическую энергию тела в начале и в конце процесса движения. Рассмотрим такой пример. Пусть автомобиль, движется по горизонтальной прямой и, при этом увеличивает свою скорость (рис. 2). Масса автомобиля 1000 кг. В начале его скорость равнялась 1 м/с. После разгона скорость автомобиля равна 10 метрам в секунду. Найдем работу, которую пришлось проделать, чтобы ускорить этот автомобиль.

Для этого посчитаем энергию движения автомобиля в начале и в конце разгона.

( E_ left(text <Дж>right) ) – начальная кинетическая энергия машины;

( E_ left(text <Дж>right) ) – конечная кинетическая энергия машины;

( m left( text<кг>right) ) – масса автомобиля;

( displaystyle v left( frac>right) ) – скорость, с которой машина движется.

Кинетическую энергию будем вычислять, используя формулу:

[ large E_ = 1000 cdot frac<1^<2>> <2>= 500 left(text <Дж>right) ]

[ large E_ = 1000 cdot frac<10^<2>> <2>= 50000 left(text <Дж>right) ]

Теперь найдем разницу кинетической энергии в конце и вначале разгона.

[ large Delta E_ = E_ — E_ ]

[ large Delta E_ = 50000 – 500 = 49500 left(text <Дж>right) ]

Значит, работа, которую потребовалось совершить, чтобы разогнать машину массой 1000 кг от скорости 1 м/с до скорости 10 м/с, равняется 49500 Джоулям.

Примечание: Работа – это разность энергии в конце процесса и в его начале. Можно находить разность кинетической энергии, а можно — разность энергии потенциальной.

Работа силы тяжести — разность потенциальной энергии

Рассмотрим теперь следующий пример. Яблоко массой 0,2 кг упало на садовый стол с ветки, находящейся на высоте 3 метра от поверхности земли. Столешница располагается на высоте 1 метр от поверхности (рис. 3). Найдем работу силы тяжести в этом процессе.

Посчитаем потенциальную энергию яблока до его падения и энергию яблока на столешнице.

( E_ left(text <Дж>right) ) – начальная потенциальная энергия яблока;

( E_ left(text <Дж>right) ) – конечная потенциальная энергия яблока;

Примечание: Работу можно рассчитать через разность потенциальной энергии тела.

Потенциальную энергию будем вычислять, используя формулу:

[ large E_

= m cdot g cdot h]

( m left( text<кг>right) ) – масса яблока;

( h left( text<м>right) ) – высота, на которой находится яблоко относительно поверхности земли.

Начальная высота яблока над поверхностью земли равна 3 метрам

[ large E_ = 0,2 cdot 10 cdot 3 = 6 left(text <Дж>right) ]

Потенциальная энергия яблока на столе

[ large E_ = 0,2 cdot 10 cdot 1 = 2 left(text <Дж>right) ]

Теперь найдем разницу потенциальной энергии яблока в конце падения и перед его началом.

[ large Delta E_

= E_ — E_ ]

[ large Delta E_

= 2 – 6 = — 4 left(text <Дж>right) ]

Важно помнить: Когда тело падает на землю, его потенциальная энергия уменьшается. Сила тяжести при этом совершает положительную работу!

Чтобы работа получилась положительной, в правой части формулы перед ( Delta E_

) дополнительно допишем знак «минус».

Значит, работа, которую потребовалось совершить силе тяжести, чтобы яблоко массой 0,2 кг упало с высоты 3 м на высоту 1 метр, равняется 4 Джоулям.

Примечания:

  1. Если тело падает на землю, работа силы тяжести положительна;
  2. Когда мы поднимаем тело над землей, мы совершаем работу против силы тяжести. Наша работа при этом положительна, а работа силы тяжести будет отрицательной;
  3. Сила тяжести относится к консервативным силам. Для консервативных сил перед разностью потенциальной энергии мы дописываем знак «минус»;
  4. Работа силы тяжести не зависит от траектории, по которой двигалось тело;
  5. Работа для силы (displaystyle F_>) зависит только от разности высот, в которых тело находилось в конечный и начальный моменты времени.

Рисунок 4 иллюстрирует факт, что для силы (displaystyle F_>) работа зависит только от разности высот и не зависит от траектории, по которой тело двигалось.

Мощность

В механике мощность часто обозначают символами N или P и измеряют в Ваттах в честь шотландского изобретателя Джеймса Уатта.

Примечание: Символ (vec) используется для обозначения силы реакции опоры — она измеряется в Ньютонах и является векторной величиной. Чтобы не возникло путаницы, мощность вместо N будем обозначать символом P. Символ P – первая буква в английском слове power – мощность.

Мощность – это работа, совершенная за одну секунду (энергия, затраченная за 1 сек).

Расчет работы осуществляем, используя любую из формул:

[ large A = Delta E_ ]

[ large A = Delta E_

]

[ large A = F cdot S cdot cos(alpha) ]

Разделив эту работу на время, в течение которого она совершалась, получим мощность.

Если работа совершалась равными частями за одинаковые интервалы времени – мощность будет постоянной величиной.

Мощность переменная, когда в некоторые интервалы времени совершалось больше работы.

Еще одна формула для расчета мощности

Есть еще один способ расчета мощности, когда сила перемещает тело и при этом скорость тела не меняется:

[ large P = left( vec , vec right) ]

Формулу можно записать в скалярном виде:

[ large P = left| vec right| cdot left| vec right| cdot cos(alpha) ]

( F left( H right) ) – сила, перемещающая тело;

( displaystyle v left( frac> right) ) – скорость тела;

( alpha ) – угол между вектором силы и вектором скорости тела;

Когда векторы (vec) и (vec) параллельны, запись формулы упрощается:

Примечание: Такую формулу для расчета мощности можно получить из выражения для работы силы, разделив обе части этого выражения на время, в течение которого работа совершалась (а если точнее, найдя производную обеих частей уравнения).

КПД – коэффициент полезного действия. Обычно обозначают греческим символом (eta) «эта». Единиц измерения не имеет, выражается либо десятичной дробью, либо в процентах.

Примечания:

  1. Процент – это дробь, у которой в знаменателе число 100.
  2. КПД — это либо правильная дробь, или дробь, равная единице.

Вычисляют коэффициент (eta) для какого-либо устройства, механизма или процесса.

( large A_> left(text <Дж>right)) – полезная работа;

(large A_> left(text <Дж>right)) – вся затраченная для выполнения работы энергия;

Примечание: КПД часто меньше единицы, так как всегда есть потери энергии. Коэффициент полезного действия не может быть больше единицы, так как это противоречит закону сохранения энергии.

Величина (eta) является дробной величиной. Если числитель и знаменатель дроби разделить на одно и то же число, полученная дробь будет равна исходной. Используя этот факт, можно вычислять КПД, используя мощности:

Все, что вы забыли из школьной физики, но хотели спросить

Мощность и энергия, работа и мощность. Услышав эти слова, каждый сразу вспомнит школьный курс физики, при этом, не особенно помня детали и тонкости данных понятий. На самом деле человеческая память без постоянного употребления знаний имеет способность забывать некоторые вещи или откладывать их на дальние полки. Примерно так обстоит дело с важными в повседневной жизни понятиями, к которым относятся работа и мощность, энергия и ее виды.

Дефиниция — главное для правильного понимания

Дефиниция или определение — это точное описание термина или понятия. Без этого нельзя полно раскрыть ни одно понятие, особенно если речь идет о физике, любящей точность.

  • механическую;
  • электромагнитную;
  • химическую;
  • внутреннюю;
  • ядерную;
  • тепловую.

Физика как наука считает рассмотрение целесообразности применения понятия «энергия» необходимым тогда, когда ее величина остается неизменной во время движения тела, что подразумевает однородность всей системы во времени.

Мощность с точки зрения физического определения, величина, определяющая скорость, с которой потребляется, передается или преобразуется энергия системой или одним телом. Существует прямая связь мощности и энергии, заключающаяся в более обывательском определении данного термина. Мощность в виде формулы можно представить как отношение работы, совершаемой в течение конкретного промежутка времени непосредственно к длительности ее выполнения.

Прозвучало слово «работа». Работа с точки зрения физики есть величина, которая отражает количественное воздействие некоторой прилагаемой к телу или системе силы, имеющей направленность и находящаяся в зависимости от перемещения объекта.

Чему равна энергия в физике?

Существует несколько различных формул, применяемых для расчета энергии и работы. Именно энергии и работы, поскольку если не вдаваться в глубокие подробности, то важно отметить, что эти два понятия тождественные, поскольку количественно обе эти величины принято измерять в единых величинах.

Итак, в зависимости от раздела физики применяются различные формулы для вычисления ее конечного значения. Если взять раздел физики «механика», то энергия равна силе, приложенной к телу, умноженной на длину перемещения. В другом разделе физики, называемом «термодинамика», энергия высчитывается по формуле в виде произведения давления на объем. В электрике энергия будет вычисляться как произведение мощности на время.

Связь энергии и мощности очень тесна, при этом понятия не следует путать. Если говорить об энергии с точки зрения простого обывателя, то в первую очередь, упоминая о работе бытовых приборов никто не говорит о расходованной за секунду энергии, а обычно интерес представляет сколько энергии прибор потребляет за определенное количество времени. Именно это и именуется мощностью, которая вычисляется по формуле: энергия, разделенная на время. Самая известная энергия, это электрическая, измеряемая в ваттах.

Получается, что энергия и мощность есть разные стороны отражения одного явления, но мощность отражает не количественную величину поглощенной энергии, а качественную, то есть скорость ее поглощения.

Работа энергии

Работа, совершаемая энергией, более сложное понятие, для определения которого необходимо знание того, что есть консервативные силы. Консервативные силы — это силы, чья работа не имеет зависимости от путей движения тел и определяется исключительно точкой начала движения и его конца. Ярким примером подобных сил является всем известное притяжение. Энергия, приводящая в действие тела в процессе воздействия на них консервативных сил, именуется потенциальной. Согласно теореме, работа, совершаемая в данном случае, есть величина, отражающая изменение потенциальной энергии, которая берется с противоположным знаком.

Физика: работа, мощность

Работа и мощность с физической точки зрения «сталкиваются» при разговорах об энергетических характеристиках движения. Именно в данном случае вводятся такие понятия, как «механическая работа» и «работа силы». Механическая работа отражает воздействие силы на тело, приводящее к перемещению последнего в пространстве. Именно величина приложения усилия называется механической работой. Работа в международной системе выражается в единицах измерения «джоуль». Один джоуль — это работа, которую совершает сила в 1 ньютон для перемещения некоторого объекта на 1 метр по направлению приложения силы.

Энергия, работа, мощность полностью взаимосвязанные величины, отражающие последовательное воздействие на тело определенных сил.

Энергия — это отражение форм движения и взаимодействия. Если далее прослеживать связь понятий, то движение совершается вследствие работы сил, которые действуют на тело. А мощность отражает скорость совершения работы.

Среди большого количество различных энергии, известных науке, отдельное место занимает тепловая энергия, физика которой заключается в беспорядочном передвижении молекул внутри тела, при этом особенность тепловой энергии состоит в том, что при обращении в иные виды происходит ее потеря.

Назначение данного вида энергии в обычном, ненаучном мире, состоит в количественном отражении теплоты и сама система имеет двухсотлетнюю историю. В настоящее время общепринятыми являются несколько единиц измерения. Чаще всего они употребляются в промышленности, в частности в энергетике:

  • Калория. Эта единица измерения, находящаяся вне международной системы и применяющаяся для сравнения тепловой энергии с прочими параметрами;
  • Тонна пара. Специфическая единица, которая практически не применяется. С помощью тонны пара исчисляется энергия тепла в особенно крупных количествах и означает она объем пара, получаемый из тонны воды;
  • Джоуль. Наиболее широко распространенная единица измерения в науке. Тепловая энергия, выраженная в джоулях, означает количественное значение, сколько ее расходуется за единицу времени или же работу, совершаемую энергией в течение времени;
  • Киловатт на час. Эта единица знакома каждому, поскольку она является отражением потребленной электрической энергии и применяется для ее учета.

Работа, энергия, мощность. Физика дает четкие определения всем этим понятиям, которые очень тесно связаны и отражают взаимодействие систем или предметов. Понимания основ позволяет лучше понимать физическую сторону происходящих процессов в окружающей человека действительности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Расчет мощности потребляемой энергии

Наверняка каждый человек хотя бы раз в жизни слышал о таком понятии, как мощность. Однако далеко не все люди знают, что это такое, и довольно часто путают это понятие со словом мощь. Сегодня речь пойдёт об этом понятии. Вы узнаете, в чём заключается смысл этой физической величины, и научитесь её рассчитывать. А главное — для чего нужно её рассчитывать. Поехали!

  • Определение
  • Электрическая мощность
  • Варианты расчёта
  • Механическая мощность
  • Дополнительные рекомендации

Определение

Начнём с определения мощности: это работа, выполненная за единицу времени. Причём неважно о какой работе идёт речь, электрической или механической. Эта физическая величина является показателем эффективности работы, а также количества энергии, потребляемой электрическим прибором.

В счета коммунальных услуг входят расходы за потребление электроэнергии. Её потребляют следующие бытовые приборы:

  1. Пылесос.
  2. Холодильник.
  3. Компьютер.
  4. Телевизор.
  5. Чайник.
  6. Плита.

Количество этих приборов гораздо больше. И каждый из них вносит свой вклад в формирование суммы за ваши коммунальные услуги.

Например, потребляемая мощность вашего пылесоса составляет 1 тыс. Ватт в час. Соответственно, если вы пылесосите 30 минут, он потребляет 500 ватт. Одна тысяча ватт в час равняется одному киловатту в час. Это общепринятая единица расчёта потребляемой энергии в коммунальных службах.

Например, за этот месяц вы пылесосили вашу квартиру 6 раз по полчаса. Соответственно, пылесос работал 3 часа и потребил из электросети 3 киловатта в час. Стоимость одного киловатта в час составляет 3 рубля. Это значит, что вам необходимо заплатить 9 рублей за энергию, которую потребил ваш пылесос во время уборки квартиры. По такому же принципу подсчитываются ваши траты с другими электроприборами.

Считать мощность необходимо для следующих целей:

  1. Оптимизация расходов за потребляемую электроэнергию.
  2. Обеспечения вашей безопасности.
  3. Оценки эффективности ваших работ.

Конечно, все эти расчёты производятся для разных видов этой физической величины. Всего их два:

  1. Электрическая.
  2. Механическая.

Давайте более подробно поговорим о каждом из них.

Электрическая мощность

Для подсчёта мощности нам понадобятся формулы закона Ома и знание трёх важнейших параметров.

Сила тока — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени. Эта величина является очень важной при расчёте мощности, так как в основе её расчёта лежит работа, совершенная в единицу времени.

Например, за 10 секунд через поперечное сечение проводника прошёл электрический заряд, равный 100 кулон. Для нахождения этой величины необходимо разделить заряд на время. Результат будет равен 10 ампер.

Сопротивление — величина, которая характеризует свойства проводника по препятствию прохождению электрического тока. Для управления напряжением в электрические цепи вводят элементы сопротивления — резисторы. Эта величина измеряется в Омах.

Напряжение — физическая величина, характеризующая работу по перемещению электрического заряда. Напряжение в цепи равно произведению тока и сопротивления в этой цепи.

Например, ток в цепи равен 10 ампер, а сопротивление равно 20 Ом. Соответственно, для нахождения напряжения перемножим эти показатели. В результате мы получаем 200 вольт.

Варианты расчёта

Закон Ома связывает между собой три этих параметра, которые необходимы нам для расчёта электрической мощности. Давайте разберём три возможных варианта расчёта:

  1. Известны ток и напряжение.
  2. Известны ток и сопротивление.
  3. Известны сопротивление и напряжение.

Мощность равняется произведению напряжения и силы тока. Соответственно, если нам известны эти две величины, необходимо просто их перемножить. Например, ток в цепи 10 ампер, а напряжение равно 200 вольт. Соответственно, мощность равна 2 тыс. Ватт.

Если нам известно сопротивление и сила тока, то формула будет немного другой. Сначала найдём напряжение. Для этого необходимо перемножить силу тока и сопротивление. После этого полученный результат необходимо умножить на ток. Соответственно, в этом случае напряжение равняется произведению сопротивления и силы тока в квадрате. Например, сопротивление равно 50 Ом, а сила тока равна 10 ампер. Нам необходимо умножить 50 на 10, а потом ещё раз на 10. Получаем результат, равный 5 тыс. Ватт.

В случае с известными напряжением и сопротивлением нам придётся прибегнуть к делению. Согласно закону Ома, сила тока равна частному напряжения и сопротивления. Соответственно, в этом случае мощность равна напряжению в квадрате, делённому на сопротивление. Например, напряжение в цепи равно 100 вольт, а сопротивление равно 50 Ом. Нам необходимо возвести 100 во вторую степень, после чего разделить полученное число на 50. Получаем результат, равный 200 Ватт.

Механическая мощность

Механическая мощность не имеет отношения к электричеству. Здесь суть заключается в том, что работа выполняется под действием определённой силы. В основном это сила внешнего воздействия. Так, механическая мощность — это работа, выполняемая в единицу времени.

Например, кран поднимает тяжёлый груз. Для этого он прикладывает силу, которая по модулю больше, чем гравитационная сила. Давайте разберём два возможных случая расчёта:

  1. Груз поднимается с одинаковой скоростью.
  2. Груз поднимается с ускорением, равным 1 метру, делённым на секунду в квадрате.

Работа — это произведение силы и расстояния, на которое был перемещён объект под действием этой силы.

Предположим, что масса груза равна 50 килограмм. Так как груз движется с постоянной скоростью, его сила тяжести равна 500 ньютон. Кран поднял груз на высоту 100 метров. Соответственно, работа, которую совершил кран, равна произведению пятисот ньютон и ста метров. Получаем результат, равный 50 тыс. Джоулей.

Предположим, что кран осуществлял работу по подъёму груза в течение 50 секунд. Для расчёта его мощности разделим 50 тыс. джоулей на время, равное пятидесяти секундам, и получим 1 тыс. Джоулей. Так, за одну секунду кран тратил 1 тыс. джоулей энергии для совершения работы, а значит, его мощность равна 1 тыс. Ватт.

Давайте теперь рассмотрим случай, в котором груз поднимается с ускорением 1 метр, делённый на секунду в квадрате. В таком случае груз будет доставлен в точку назначения примерно за 13 секунд.

Для перемещения груза с таким ускорением, крану необходимо прикладывать силу, равную 550 ньютон. Перемножим значение этой силы на 100 метров. Получим 55 тыс. Джоулей. Это энергия, которую израсходовал кран для поднятия этого груза с ускорением на высоту 100 метров. Далее, разделим 55 тыс. Джоулей на 13 секунд и получим примерно 4200 Джоулей секунду. В случае с ускорением мощность работы крана составила 4200 Ватт.

При движении с ускорением кран выполняет работу гораздо быстрее. Соответственно, эффективность труда становится гораздо выше. Именно механическая мощность и является показателем этой эффективности.

Дополнительные рекомендации

От мощности зависит довольно много вещей в нашей жизни. Поэтому мы хотим дать вам несколько советов, которые помогут обезопасить и приукрасить её.

Для сокращения расходов необходимо их оптимизировать. Например, когда вы выходите из комнаты, можно выключать в ней свет. Это сократит потребление энергии, и в конце месяца вам придут счета с более приятными цифрами. Помимо выключения света, есть много других способов сократить количество потребляемой энергии.

Можно использовать электрические приборы, которые потребляют меньше мощности. Например, чистота в вашей квартире не станет хуже, если пользоваться пылесосом средней мощности. Это относится и к другим бытовым приборам. Главное, чтобы качество вашей жизни не ухудшилось. А это можно осуществить, пользуясь приборами средней мощности. Ведь они делают все необходимое и потребляют не так много энергии.

Если вы так и не поняли все детали расчёта мощности, не мучайте себя. Лучше воспользуйтесь онлайн-калькулятором или установите на ваш смартфон специальное приложения для её расчёта. Помните, в жизни важно экономить не только энергию, но и время.

Расчётами электрической мощности занимаются инженеры, которые разрабатывают бытовую технику. Они делают это для избежания короткого замыкания и пожаров. Помните, это нужно прежде всего для вашей безопасности.

Теперь вы знаете, как посчитать мощность, и в чём заключается суть этой физической величины. Выбирая бытовой прибор, вы будете иметь представление о том, какая мощность вам нужна для достижения той или иной цели. Успехов вам!

Физика Б1.Б8.

Электронное учебное пособие по разделу курса физики Механика

Механика – это раздел физики, который изучает наиболее простой вид движения материи – механическое движение и причины, вызывающие или изменяющие это движение.

Механика состоит из трех разделов: кинематики, динамики и статики. Кинематика дает математическое описание движения, не касаясь причин, которыми вызвано движение. Динамика – основной раздел механики, она изучает законы движения тел и причины, которыми вывзывается движение и его изменение. Статика изучает законы равновесия системы тел под действием приложенных сил. Мы ограничимся изучением двух основных разделов – кинематики и динамики.

Введение

Механика – это раздел физики, который изучает наиболее простой вид движения материи – механическое движение и причины, вызывающие или изменяющие это движение.

Механическое движение это изменение во времени взаимного расположения тел или частей одного и того же тела. Причиной, вызывающей механическое движение тела или его изменение, является воздействие со стороны других тел.

Развитие механики началось еще в древние времена, однако, как наука она формировалась в средние века. Основные законы механики установлены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем (1564-1642) и английским ученым И. Ньютоном (1643-1727).

Механику Галилея-Ньютона принято называть классической механикой. В ней изучается движение макроскопических тел, скорости которых значительно меньше скорости света с в вакууме. Законы движения тел со скоростями, близкими к скорости света сформулированы А. Эйнштейном (1879-1955), они отличаются от законов классической механики. Теория Эйнштейна называется специальной теорией относительности и лежит в основе релятивистской механики. Законы классической механики неприемлемы к описанию движения микроскопических тел (элементарных частиц – электронов, протонов, нейтронов, атомных ядер, самих атомов и т.д.) их движение описывается законами квантовой механики.

Механика состоит из трех разделов: кинематики, динамики и статики. Кинематика дает математическое описание движения, не касаясь причин, которыми вызвано движение. Динамика – основной раздел механики, она изучает законы движения тел и причины, которыми вывзывается движение и его изменение. Статика изучает законы равновесия системы тел под действием приложенных сил. Мы ограничимся изучением двух основных разделов – кинематики и динамики.

В механике для описания движения в зависимости от условий решаемой задачи пользуются различными упрощающими моделями: материальная точка, абсолютно твердое тело, абсолютно упругое тело, абсолютно неупругое тело, и т.д. Выбор той или иной модели диктуется необходимостью учесть в задаче все существенные особенности реального движения и отбросить несущественные, усложняющие решение.

Материальная точка – это тело обладающее массой, размеры и форма которого несущественны в данной задаче. Любое твердое тело или систему тел можно рассматривать как систему материальных точек. Для этого любое тело или тела системы нужно мысленно разбить на большое число частей так, чтобы размеры каждой части были пренебрежимо малы по сравнению с размерами самих тел.

Абсолютно твердое тело – это тело, расстояние между любыми точками которого остается неизменным в процессе движения или взаимодействия. Эта модель пригодна, когда можно пренебречь деформацией тел в процессе движения.

Абсолютно упругое и абсолютно неупругое тело – это два предельных случая реальных тел, деформациями которых можно и нельзя пренебречь в изучаемых процессах.

Любое движение рассматривается в пространстве и времени. В пространстве определяется местоположение тела, во времени происходит смена местоположений или состояний тела в пространстве, время выражает длительность состояния движения или процесса. Пространство и время –это два фундаментальных понятия, без которых теряется смысл понятия движения: движения не может быть вне времени и пространства.

Формула мощности

Определение и формулы мощности

Мощностью некоторой силы является скалярная физическая величина, которая характеризует скорость произведения работы данной силой. Мощность часто обозначают буквами: N, P.

В том случае, если за равные малые промежутки времени выполняется разная работа, то мощность является переменной во времени. Тогда вводят мгновенное значение мощности:

где $delta A$ – элементарная работа, которую выполняет сила, $Delta t$ – отрезок времени в течение, которого данная работа была выполнена. Если мгновенная мощность не является постоянной величиной, то выражение (1) определяет среднюю мощностьза время $Delta t$.

Мощность силы можно определить как скалярное произведение силы на скорость, с которой движется точка приложения рассматриваемой силы:

где $F_$ – проекция силы $bar$ на направление вектора скорости ( $bar$).

При поступательном движении некоторого тела, имеющего массу m под воздействием силы $bar$ мощность можно вычислить, применяя формулу:

В общем случае произвольного перемещения твердого тела суммарная мощность есть алгебраическая сумма мощностей всех сил, которые действуют на тело:

где $bar_$ – скорость перемещения точки, к которой приложена сила $bar_$.

В случае поступательного движения твердого тела со скоростью $bar$ мощность можно определить при помощи формулы:

где $bar$ – главный вектор внешних сил.

Если твердое тело совершает вращение вокруг точки О или вокруг неподвижной оси, которая проходит через точку О, то формулой для счет мощности можно считать выражение:

где $bar$ – главный момент внешних сил по отношению к точке О, $bar$ – мгновенная угловая скорость вращения тела.

Единицы измерения мощности

Основной единицей измерения мощности силы в системе СИ является: [P]=вт (ватт)

Примеры решения задач

Задание. Какова мощность (P(t)), развиваемая силой, если она действует на тело, которое имеет массу m и под воздействием приложенной силы движется поступательно. Сила описывается законом: $F(t)=2 t cdot bar+3 t^ <2>bar$

Решение. В качестве основы для решения задачи используем формулу для мощности вида:

Из второго закона Ньютона мы имеем:

$$F=m a rightarrow a=frac ; v=int a d t=int frac d t=frac<1> int F d t(1.2)$$

В выражение (2.2) подставим уравнение, заданное в условии задачи для F(t), имеем:

$$v=frac<1> intleft(2 t cdot bar+3 t^ <2>barright) d t=frac<1>left(t^ <2>cdot bar+t^ <3>barright)(1.3)$$

Подставим выражение для скорости из (1.3) в (1.1), получим:

$$P=left(2 t cdot bar+3 t^ <2>barright) frac<1>left(t^ <2>cdot bar+t^ <3>barright)=frac<1>left(2 t^<3>+3 t^<5>right)$$

Ответ. $P=frac<1>left(2 t^<3>+3 t^<5>right)$

Формула мощности не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Задание. Какова мгновенная мощность силы тяжести на высоте h/2. если камень массы m падает с высоты h. Сопротивление воздуха не учитывать.

Решение. Сделаем рисунок.

В качестве основы для решения задачи используем формулу для мгновенной мощности вида:

Сила, действующая на тело – сила тяжести. Она направлена по оси Y, выражение для ее проекции на ось Y запишем как:

В начальный момент времени тело имело скорость равную нулю, тогда скорость тела в проекции на ось Y можно вычислить, используя выражение:

Найдем момент времени, в который тело окажется на половине высоты (y=h/2), применим уравнение, которое описывает равноускоренное движение (из начальных условий y0=0, v0=0):

Используем выражения (2.2), (2.3), (2.4) подставим в (2.1), получим искомую мгновенную мощность силы тяжести на половине пути свободно падающего тела:

Ответ. $P=m sqrt h>$

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий