Мощность в физике — обозначение, формулы и примеры

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

Понятие мощности школьники изучают на уроках физики в 7 классе. С этим понятием мы часто сталкиваемся в жизни, когда говорим про мощность бытовых приборов или автомобилей. Давайте разберемся, что такое мощность в физике и в механике, какой буквой она обозначается и в чем измеряется.

Определение мощности

Допустим, нам необходимо убрать урожай пшеницы с поля площадью 100 га. Это можно сделать вручную или с помощью комбайна. Очевидно, что пока человек обработает 1 га площади, комбайн успеет сделать намного больше. В данном случае разница между человеком и техникой — именно то, что называют мощностью. Отсюда вытекает первое определение.

Мощность в физике — это количество работы, которая совершается за единицу времени.

Рассмотрим другой пример: между точкой А и точкой Б расстояние 15 км, которое человек проходит за 3 часа, а автомобиль может проехать всего за 10 минут. Понятно, что одно и то же количество работы они сделают за разное время. Что показывает мощность в данном случае? Как быстро или с какой скоростью выполняется некая работа.

В электромеханике эта величина имеет еще одно определение.

Мощность — это скалярная физическая величина, которая характеризует мгновенную скорость передачи энергии от системы к системе или скорость преобразования, изменения, потребления энергии.

Напомним, что скалярными величинами называются те, значение которых выражается только числом (без вектора направления).

Мощность человека в зависимости от деятельности

Пятерка по физике у тебя в кармане!

Решай домашку по физике на изи. Подробные решения помогут разобраться в сложной теме и получить пятерку!

Как обозначается мощность: единицы измерения

В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.

Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.

В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.

Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.

В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.

Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. 🐴

Подготовка к ОГЭ по физике онлайн поможет снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Все формулы мощности

Зная определения, несложно понять формулы мощности, используемые в разных разделах физики — в механике и электротехнике.

В механике

Механическая мощность (N) равна отношению работы ко времени, за которое она была выполнена.

Основная формула:

N = A / t, где A — работа, t — время ее выполнения.

Если вспомнить, что работой называется произведение модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними, мы получим формулу измерения работы.

Если направления модуля приложения силы и модуля перемещения объекта совпадают, угол будет равен 0 градусов, а его косинус равен 1. В таком случае формулу можно упростить:

A = F × S

Используем эту формулу для вычисления мощности:

N = A / t = F × S / t = F × V

В последнем выражении мы исходим из того, что скорость (V) равна отношению перемещения объекта на время, за которое это перемещение произошло.

В электротехнике

В общем случае электрическая мощность (P) говорит о скорости передачи энергии. Она равна произведению напряжения на участке цепи на величину тока, проходящего по этому участку.

P = I × U, где I — сила тока, U — напряжение.

В электротехнике существует несколько видов мощности: активная, реактивная, полная, пиковая и т. д. Но это тема отдельного материала, сейчас же мы потренируемся решать задачи на основе общего понимания этой величины. Посмотрим, как найти мощность, используя вышеуказанные формулы по физике.

Задача 1

Допустим, человек поднимает ведро воды из колодца, прикладывая силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а время, необходимое для поднятия — 30 сек. Какова будет мощность человека в этом случае?

Решение:

Найдем вначале величину работы, используя тот факт, что мы знаем расстояние перемещения (глубину колодца 10 м) и приложенную силу 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Когда известно значение работы и времени, найти мощность несложно:

N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

Ответ: мощность человека при поднятии ведра — 20 ватт.

Задача 2

В комнате включена лампа мощностью 100 Вт. Напряжение домашней электросети — 220 В. Какая сила тока проходит через эту лампу?

Решение:

Мы знаем, что Р = 100 Вт, а U = 220 В.

Поскольку P = I × U, следовательно I = P / U.

I = 100 / 220 = 0,45 А.

Ответ: через лампу пройдет сила тока 0,45 А.

Вопросы для самопроверки

1. Что характеризует механическая мощность?

2. Какие существуют единицы измерения мощности в физике?

3. Какая из единиц измерения считается устаревшей?

4. Мощность можно назвать скалярной величиной? Что это означает?

5. Как из формулы нахождения мощности получить работу?

6. Какой буквой обозначается мощность в механике, а какой — в электротехнике?

7. Какую работу производит за 30 минут устройство мощностью 600 Вт?

8. Как узнать напряжение в сети, если мы знаем мощность подключенного к ней прибора и силу тока, проходящую через прибор?

9. Если в течение 1 часа автомобиль №1 едет со скоростью 60 км/ч, а автомобиль №2 — со скоростью 90 км/ч, одинаковую ли мощность они развивают в это время?

10. Допустим, автобус отвез пассажиров из города А в город В за 1 час. Если он планирует вернуться в город А пустым по той же трассе и потратить на это 1 час, ему понадобится развить такую же мощность или меньшую?

Яна Кононенко

К предыдущей статье

Архимедова сила

К следующей статье

Напряженность электрического поля

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

Механическая работа — определение, формула, виды, свойства

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

108.8K

Работа — не волк! А еще и не мощность и не энергия. В этой статье разберемся, что же такое механическая работа в физике, а помогут нам в этом древнегреческие мифы.

Для нас привычно понятие «работа» в бытовом смысле. Работая, мы совершаем какое-либо действие, чаще всего полезное. В физике (если точнее, то в механике) термин «работа» показывает, какую силу в результате действия приложили, и на какое расстояние тело в результате действия этой силы переместилось.

Например, нам нужно поднять велосипед по лестнице в квартиру. Тогда работа будет определяться тем, сколько весит велосипед и на каком этаже (на какой высоте) находится квартира.

Механическая работа — это физическая величина, прямо пропорциональная приложенной к телу силе и пройденному телом пути.

Чтобы рассчитать работу, нам необходимо умножить численное значение приложенной к телу силы F на путь, пройденный телом в направлении действия силы S. Работа обозначается латинской буквой А.

Если под действием силы в 1 ньютон тело переместилось на 1 метр, то данной силой совершена работа в 1 джоуль.

Поскольку сила и путь — векторные величины, в случае наличия между ними угла формула принимает вид.

Числовое значение работы может становиться отрицательным, если вектор силы противоположен вектору скорости. Иными словами, сила может не только придавать телу скорость для совершения движения, но и препятствовать уже совершаемому перемещению. В таком случае сила называется противодействующей.

Для совершения работы необходимы два условия:

• чтобы на тело действовала сила,
• чтобы происходило перемещение тела.

Сила, действующая на тело, может и не совершать работу. Например, если кто-то безуспешно пытается сдвинуть с места тяжелый шкаф. Сила, с которой человек действует на шкаф, не совершает работу, поскольку перемещение шкафа равно нулю.

Запомнить!

Работа равна нулю, если:

• при приложенной силе перемещение отсутствует;
• сила не приложена и тело перемещается по инерции;
• угол между векторами силы и перемещения равен 90°.

Полезная и затраченная работа

Был такой мифологический персонаж у древних греков — Сизиф. За то, что он обманул богов, те приговорили его после смерти вечно таскать огромный булыжник вверх по горе, откуда этот булыжник скатывался — и так без конца. В общем, Сизиф делал совершенно бесполезное дело с нулевым КПД. Поэтому бесполезную работу и называют «сизифов труд».

Чтобы разобраться в понятиях полезной и затраченной работы, давайте пофантазируем и представим, что Сизифа помиловали и камень больше не скатывается с горы, а КПД перестал быть нулевым.

Полезная работа в этом случае равна потенциальной энергии, приобретенной булыжником. Потенциальная энергия, в свою очередь, прямо пропорциональна высоте: чем выше расположено тело, тем больше его потенциальная энергия. Выходит, чем выше Сизиф прикатил камень, тем больше полезная работа.

Затраченная работа в нашем примере — это механическая работа Сизифа. Механическая работа зависит от приложенной силы и пути, на протяжении которого эта сила была приложена.

И как же достоверно определить, какая работа полезная, а какая затраченная?

Все очень просто! Задаем два вопроса:

1. За счет чего происходит процесс?

2. Ради какого результата?

В примере выше процесс происходит ради того, чтобы тело поднялось на какую-то высоту, а значит — приобрело потенциальную энергию (для физики это синонимы).

Происходит процесс за счет энергии, затраченной Сизифом — вот и затраченная работа.

Мощность

На заводах по всему миру большинство задач выполняют машины. Например, если нам нужно закрыть крышечками тысячу банок колы, аппарат сделает это в считанные минуты. У человека эта задача заняла бы намного больше времени. Получается, что машина и человек выполняют одинаковую работу за разные промежутки времени. Для того, чтобы описать скорость выполнения работы, нам потребуется понятие мощности.

Мощностью называется физическая величина, равная отношению работы ко времени ее выполнения.

Один ватт — это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду.

Также для мощности справедлива другая формула:

Как и для работы, для мощности справедливо правило знаков: если векторы направлены противоположно, значение мощности будет отрицательным.

Поскольку сила и скорость — векторные величины, в случае наличия между ними угла формула принимает следующий вид:

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Примеры решения задач

Задача 1

Ложка медленно тонет в большой банке меда. На нее действуют сила тяжести, сила вязкого трения и выталкивающая сила. Какая из этих сил при движении тела совершает положительную работу? Выберите правильный ответ:

1. Выталкивающая сила.

2. Сила вязкого трения.

3. Сила тяжести.

4. Ни одна из перечисленных сил.

Решение

Поскольку ложка падает вниз, перемещение направлено вниз. В ту же сторону, что и перемещение, направлена только сила тяжести. Это значит, что она совершает положительную работу.

Ответ: 3.

Задача 2

Ящик тянут по земле за веревку по горизонтальной окружности длиной L = 40 м с постоянной по модулю скоростью. Модуль силы трения, действующей на ящик со стороны земли, равен 80 H. Чему равна работа силы тяги за один оборот?

Решение

Поскольку ящик тянут с постоянной по модулю скоростью, его кинетическая энергия не меняется. Вся энергия, которая расходуется на работу силы трения, должна поступать в систему за счет работы силы тяги. Отсюда находим работу силы тяги за один оборот:

Ответ: 3200 Дж.

Задача 3

Тело массой 2 кг под действием силы F перемещается вверх по наклонной плоскости на расстояние l = 5 м. Расстояние тела от поверхности Земли при этом увеличивается на 3 метра. Вектор силы F направлен параллельно наклонной плоскости, модуль силы F равен 30 Н. Какую работу при этом перемещении в системе отсчета, связанной с наклонной плоскостью, совершила сила F?

Решение

В данном случае нас просят найти работу силы F, совершенную при перемещении тела по наклонной плоскости. Это значит, что нас интересуют сила F и пройденный путь. Если бы нас спрашивали про работу силы тяжести, мы бы считали через силу тяжести и высоту.

Работа силы определяется как скалярное произведение вектора силы и вектора перемещения тела. Следовательно:

A = Fl = 30 * 5 = 150 Дж

Ответ: 150 Дж.

Задача 4

Тело движется вдоль оси ОХ под действием силы F = 2 Н, направленной вдоль этой оси. На рисунке приведен график зависимости проекции скорости v^x тела на эту ось от времени t. Какую мощность развивает эта сила в момент времени t = 3 с?

Решение

На графике видно, что проекция скорости тела в момент времени 3 секунды равна 5 м/с.

Мощность можно найти по формуле N = Fv.

N = FV = 2×5 = 10 Вт

Ответ: 10 Вт.

Попробуйте онлайн-курс подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в Skysmart!

Карина Хачатурян

К предыдущей статье

Поверхностное натяжение

К следующей статье

Идеальный газ

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

Как рассчитать механическую мощность

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Автор Kenrick Vezina

Механическая мощность используется повсюду в современном мире. Ты сегодня ездил на машине? Он использовал энергию топлива или батареи для перемещения взаимосвязанных механических компонентов — осей, шестерен, ремней и т. д. — пока, наконец, эта энергия не использовалась для вращения колес и движения автомобиля вперед.

​ Мощность ​ в физике является мерой ​ норма ​, с которой​ работа ​ выполняется с течением времени. Слово «механический» является просто описательным; он говорит вам, что мощность связана с машиной и движением различных компонентов, таких как трансмиссия автомобиля или шестеренки часов.

В формуле механической энергии используются те же фундаментальные законы физики, что и в других формах энергии.

TL;DR (слишком длинный; не читал)

​ Мощность ​ P ​ ​определяется как работа W свыше время t по следующей формуле. Примечание по единицам измерения: мощность должна быть в ваттах (Вт), работа в джоулях (Дж) и время в секундах (с) — всегда перепроверяйте, прежде чем вставлять свои значения.

Механическая энергия подчиняется тем же законам, что и другие виды энергии, такие как химическая или тепловая. Часы.

Энергия, сила, работа и мощность

Чтобы понять выражение для механической силы, полезно представить четыре взаимосвязанных термина:​ и ​ сила ​.

• ​ энергия ​ E ​ ​ содержащаяся в объекте, является мерой того, какую работу он может выполнить; другими словами, сколько движения он может создать. Измеряется в джоулях (Дж).
• A сила F , по сути, является толчком или тягой. Силы передают энергию между объектами. Как и скорость, сила имеет как величину , так и направление . Измеряется в ньютонах (Н).
• Если сила перемещает объект ​ в том же направлении ​, в котором она действует, она выполняет​ работу ​. По определению, одна единица энергии необходима для выполнения одной единицы работы. Поскольку энергия и работа определяются друг через друга, они оба измеряются в джоулях (Дж).
• ​ Мощность ​ является мерой​ скорости ​ , при которой выполняется работы ​ или ​ энергии используется ​с течением времени. Стандартной единицей мощности является ватт (Вт).

Уравнение для механической мощности

Из-за взаимосвязи между энергией и работой существует два распространенных способа математического выражения мощности. Во-первых, с точки зрения работы W и времени t ​:

P=\frac{W}{t}

Мощность в линейном движении

Если вы имеете дело с линейным движением, вы можете предположить, что любая приложенная сила либо перемещает объект вперед, либо назад по прямой путь в соответствии с действием силы — подумайте о поездах на пути. Поскольку составляющая направления в основном заботится о себе, вы также можете выразить мощность с помощью простой формулы, используя силу , расстояние и скорость .

В этих ситуациях работа W может быть определена как сила F × расстояние d . Подставьте это к основному уравнению выше, и вы получите:

P=\frac{Fd}{t}

Заметили что-нибудь знакомое? При линейном движении расстояние , деленное на время , является определением скорости ( v ), поэтому мы также можем выразить мощность как:

P=F\frac{d {t}=Fv

Пример расчета: Перенос белья

Хорошо, это было много абстрактной математики, но давайте попробуем решить примерную задачу:

​ прачечная наверху. Если обычно вам требуется 30 секунд, чтобы подняться по лестнице, а высота лестницы составляет 3 метра, оцените, сколько энергии вам потребуется затратить, чтобы поднять одежду с нижней части лестницы наверх. ​

Судя по подсказке, мы знаем это время ​ t будет 30 секунд, но у нас нет значения для работы W . Однако мы можем упростить сценарий ради оценки. Вместо того, чтобы беспокоиться о перемещении белья вверх и вперед на каждом отдельном шаге, давайте предположим, что вы просто поднимаете его по прямой линии от исходной высоты. Теперь мы можем использовать выражение механической силы P = F × d / t , но нам все еще нужно вычислить задействованную силу.

Чтобы нести белье, вы должны противодействовать силе тяжести, действующей на него. Поскольку сила тяжести ​ F = мг в направлении вниз, вы должны приложить эту же силу в направлении вверх. Обратите внимание, что ​ г ​ — это ускорение свободного падения, которое на Земле равно 9,8 м/с ² . Имея это в виду, мы можем создать расширенную версию стандартной формулы мощности:

P=mg\frac{d}{t}

И мы можем подставить наши значения массы, ускорения, расстояния и времени:

P=(10\times 9,8)\frac{3}{30}=9,08\text{ ватт}

Таким образом, вам потребуется около 9,08 ватт для переноски белья.

Последнее замечание о сложности

Наше обсуждение было ограничено довольно простыми сценариями и относительно простой математикой. В продвинутой физике сложные формы уравнения механической мощности могут потребовать использования исчисления и более длинных и сложных формул, которые учитывают множественные силы, криволинейное движение и другие усложняющие факторы.

Если вам нужна более подробная информация, база данных HyperPhysics, размещенная в Университете штата Джорджия, является отличным ресурсом.

Механическая мощность: определение, единица измерения и формула

Механическая мощность: определение, единица измерения и формула | StudySmarter

Выберите язык

Предлагаемые языки для вас:

Немецкий (DE)

Дойч (Великобритания)

Европа

• английский (DE)

• английский (Великобритания)

StudySmarter — универсальное учебное приложение.

4.8 • Рейтинг +11k

Более 3 миллионов загрузок

Бесплатно

Механическая мощность

СОДЕРЖАНИЕ :

ОГЛАВЛЕНИЕ

Lerne mit deinen Freunden und bleibe auf dem richtigen Kurs mit deinen persönlichen Lernstatistiken

Jetzt kostenlos anmelden

Nie wieder prokastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Jetzt kostenlos anmelden

Механическая мощность — понятие, которое в физике имеет совсем другое значение, чем в повседневной жизни. Как вы используете термин «власть» в реальной жизни? Например, людей, которые занимаются бодибилдингом или проявляют стойкость перед лицом сложной ситуации, мы называем влиятельными людьми.

Рис. 1 — Понятие мощности по-разному используется в повседневной жизни и физике. В физике мощность — это скорость работы силы.

Но что означает «мощность» в физике? В физике быть сильным означает выполнять работу как можно быстрее. Например, Марк переносит коробку с книгами с первого этажа школы на 2 ^-й этаж за 1 минуту. Если Кевин выполняет ту же работу за 2 минуты, Марк проявляет большую механическую мощность, чем Кевин.

Определение механической мощности

Давайте рассмотрим определение мощности.

Мощность — это скорость, с которой действует сила.

Полезно следить за тем, как быстро энергия системы меняется со временем. Система может получать энергию и передавать ее другим системам. Энергия может быть преобразована из одного вида энергии в другой. Например, кинетическая энергия может быть преобразована в тепло. Мощность – это физическая величина, зависящая от времени. Например, ваша сила также меняется, если вы тратите разное количество времени на выполнение работы.

Формула механической мощности

Работа — это изменение энергии в системе, когда на нее действует сила. Если сила совершает работу \(Вт\) за промежуток времени, мы можем вычислить средняя мощность из-за силы как

\[\begin{align}P_{\text{avg}}&=\frac W{\Delta t},\\P_{\text{avg}}&=\ frac{\Delta E}{\Delta t}.\end{align}\]

С другой стороны, мгновенная мощность — это мгновенная скорость выполнения работы. Мы можем вычислить его из

\[P=\frac{\text dW}{\text dt}.\]

Мгновенная мощность полезна, когда у нас есть работа выхода, зависящая от времени, и мы хотим знать мощность при конкретное мгновение. Затем мы берем производную по времени от работы выхода и подставляем мгновенное время в производную функцию. 9{-1}}\), который также называется ваттом \(Вт\) в честь Джеймса Уатта.

Скорость, с которой сила действует на частицу (или предмет, подобный частице), может быть выражена через силу и скорость частицы. Для частицы, движущейся по прямой траектории и подвергаемой действию постоянной силы \(\vec{F}\), направленной под углом \(\theta\) к этой траектории, мы можем записать уравнение мощности как:

$$\ begin{align*}P&=\frac{\text{d}W}{\text{d}t},\\P&=\frac{F\cos{\theta}\text{d}x}{\text {d} t}, \\ P& = F \ cos {\ theta} \ left (\ frac {\ text {d} x} {\ text {d} t} \ right), \\ P & = Fv \ cos { \тета}. \end{выравнивание*}$$

Следует отметить, что составляющая силы, действующая в направлении перемещения, отвечает за совершение работы и перемещение объекта. Если мы реорганизуем уравнение в соответствии с скалярным произведением, мы получим: \(P=\vec{F}\cdot\vec{v}.\)

Пример механической мощности

Давайте посмотрим на примеры механической мощности.

Брусок движется по полу без трения под действием силы \(F = 20\,\text{N}\) со скоростью \(v=5\,\frac{\text{m}}{ \text{s}}\) мгновенно, как показано на рисунке 2. Какова мощность силы, действующей на блок в этот момент? 9\круг\). Поскольку вертикальная составляющая силы не совершает работы, нам нужна горизонтальная составляющая, чтобы найти мгновенную мощность. Мы можем вычислить его, используя уравнение \(P=Fv\cos{\theta}\). Мы знаем, что сила равна \(F=20\,\text{N}\), а скорость равна \(v=5\,\frac{\text{m}}{\text{s}}\). Если мы подставим эти известные значения в формулу, мы сможем вычислить мгновенную мощность:

\begin{align*}P&=\left(20\,\text{N}\right)\left( 5\,\frac{ \text{m}}{\text{s}}\right) \cos{60^\circ},\\P&=\left(20\,\text{N}\right)\left( 5\,\ frac{\text{m}}{\text{s}}\right)\left(\frac12\right),\\P&=50\,\text{W}. \end{align*} 9\circ\) с полом, а вторая сила \(F_2=10\,\text{N}\) тянет прямо влево, как показано на рисунке 3. Блок движется со скоростью \(5\ , \frac{\text{m}}{\text{s}}\) мгновенно.

Какова чистая мощность сил, действующих на блок в данный момент?

Рис. 3 – Блок движется по полу без трения. Две силы действуют на объект в противоположных направлениях.

Ответ:

Рассчитаем мгновенную мощность отдельных сил. 9\circ},\\P_2&=\left(10\,\text{N}\right) \left(5\,\frac{\text{m}}{\text{s}}\right)\left( -1\right),\\P_2&=-50\,\text{W}.\end{align*}

Чтобы найти полезную мощность, мы можем сложить \(P_1\) и \(P_2\):

\begin{align*}P_{\text{net}}&=P_1+P_2,\\P_{\text{net}}&=50\,\text{W}-50\,\text{W },\\P_{\text{net}}&=0.\end{align*}

Поскольку полезная мощность равна нулю, это означает, что скорость передачи кинетической энергии также равна нулю. Таким образом, скорость блока останется прежней.

Выходная механическая мощность

Мы можем изучить мощность механической системы, разделив ее на входную мощность и выходную мощность. Выходная мощность всегда будет равна или меньше входной мощности, поскольку в реальной жизни машины используют энергию для выполнения работы. Входная мощность относится к тому, сколько энергии система может получить, а выходная мощность относится к тому, сколько энергии система может использовать для выполнения работы. Предположим, что входная сила \(F_{\text A}\) действует на систему, которая движется со скоростью \(v_{\text A},\), а выходная сила \(F_{\text B}\) действует на систему, которая движется со скоростью \(v_{\text B}\). Если система не теряет механической мощности, то входная и выходная мощности равны:

$$F_{\mathrm A}v_{\mathrm A}=F_{\mathrm B}v_{\mathrm B.}$$

Этот случай позволяет составить выражение для механического преимущества \(a\ ), что является еще одним способом измерения выходной энергии с точки зрения входной энергии или эффективности \(e\):

$$\begin{align*}a&=\frac{F_{\mathrm B}}{F_ {\ mathrm A}}, \\ a&=\ frac {v _ {\ mathrm B}} {v _ {\ mathrm A}}, \\ e& = \ frac {\ text {выходная энергия}} {\ text {входная энергия }}\times100\%. \end{align*}$$

Даже если энергию нельзя уничтожить, ее можно преобразовать в другой тип энергии. Как следствие, эффективность устройства ниже, так как выход меньше, чем вход. Например, входная мощность лампочки обеспечивается за счет электрической энергии, а ее выходная мощность — в виде света и тепла.

Определите КПД лампочки, которая выделяет \(60\,\text{кДж}\), а ее входная энергия составляет \(1550\,\text{кДж}\).

Ответ:

Эффективность лампочки равна

$$\begin{align*}e&=\frac{60\,\text{кДж}}{1550\,\text{кДж}}\ умножить на 100\%,\\e&=3,87\%.\end{align*}$$

Лампочка очень неэффективна.

Разница между механической и электрической мощностью

В то время как механическая мощность относится к скорости, с которой может выполняться работа, электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая цепь передает электрическую энергию. Входная мощность электродвигателя обеспечивается электрической мощностью, а выходная мощность является механической, поэтому она заставляет автомобиль двигаться. Уравнение для электрической мощности имеет вид

$$P=IV,$$

где электрический ток \(I\) выражен в амперах \(\left(\text A\right)\), а приложенное напряжение выражено в вольтах \(\left (\текст V\справа)\).

Ранее мы обсуждали механическую энергию для поступательного движения. Двигатели совершают вращательное движение, так что мы можем выразить вращательную форму механической энергии. Это зависит от вращательного аналога силы и скорости, которые являются крутящим моментом и угловой скоростью:

$$P=\tau \omega.$$

Механическая мощность — ключевые выводы

• Мощность, обусловленная действием силы, определяется как скорость, с которой сила действует.
• Если сила совершает работу W за интервал времени, то среднюю мощность можно рассчитать по формуле \(P=\frac{W}{\Delta t}\).
• Мгновенная мощность — это мгновенная скорость выполнения работы, \(P=\frac{\text dW}{\text dt}\).
• Скорость, с которой сила действует на частицу (или предмет, подобный частице), может быть также выражена через силу и скорость частицы: \(P=\vec{F}\cdot\vec{v} \).

---

Ссылки

1. Рис. 1 — Понятие мощности по-разному используется в повседневной жизни и физике. В физике мощность — это скорость выполнения работы (https://pixabay.com/es/photos/hombre-persona-poder-fuerza-fuerte-1282232/), Pexels (https://pixabay.com/es/ users/pexels-2286921/), лицензия Pixabay (https://pixabay.com/es/service/license/)
2. Рис. 2 – Блок движется по полу без трения под действием силы. Сила имеет как вертикальную, так и горизонтальную составляющие, StudySmarter Originals
3. Рис. 3 – Блок движется по полу без трения. Две силы действуют на объект в противоположных направлениях. StudySmarter Originals

Часто задаваемые вопросы о механической силе

Механическая сила — это скорость, с которой сила действует на объект. Это количество энергии, переданной системе за определенный период времени.

Вы вычисляете механическую мощность путем деления выполненной работы на количество времени, в течение которого эта работа выполнялась.

Некоторыми видами механической энергии являются водяные турбины, электродвигатели, гидравлические прессы, паровые турбины и ветряные турбины. Энергия, которую производят эти машины, используется для питания нашего транспорта, электричества и других нужд.

В то время как механическая мощность относится к скорости, с которой может быть выполнена работа, электрическая мощность — это скорость, с которой электрическая цепь передает электрическую энергию.

Механическая мощность равна изменению энергии, деленному на изменение во времени. Его также можно выразить как работу, деленную на изменение во времени.

Итоговый тест по механической мощности

Тест по механической мощности — Teste dein Wissen

Вопрос

Сколько ватт мощности двигателя, который совершает \(900\, \text Дж\) работы за пять минут?

Показать ответ

Ответ

\(3\, \текст W\).

Показать вопрос

Вопрос

Другим полезным выражением для измерения мощности является

.
Показать ответ

Ответ

\(\vec F\cdot\vec v\).

Показать вопрос

Вопрос

Мощность – это скорость изменения ___ во времени.

Показать ответ

Ответ

Показать вопрос

Вопрос

Если мощность двигателя равна \(2\,\text Вт\) в течение \(2\, \text{секунд}\), какую работу он совершает?

Показать ответ

Ответ

\(4\,\текст J\).

Показать вопрос

Вопрос

Эффективность двигателя определяется выражением

Показать ответ

Ответ

\(\frac{\text{выходная энергия}}{\text{входная энергия}}\times100\%\).

Показать вопрос

Вопрос

Автомобильный двигатель прикладывает к машине силу \(2000\, \text Н\), позволяя ей двигаться \(500\,\text м\) за \(5\, \text {секунды}\). На автомобиль вдоль дороги действует постоянная сила трения \(500\, \text Н\). Какова мощность автомобиля? 94\, \текст W\).

Показать вопрос

Вопрос

Марк, помогая мисс Керри нести \(12\, \text{кг}\) сумок с покупками, массой \(48\, \text{кг}\) , переносит сумки из подъезда квартиры в дом на 2 ^-м этаже высотой \(8\, \text м\) с постоянной скоростью за \(15\, \text{секунд }\). В чем сила Марка? (Предположим, что \(g=10\;\mathrm N/\mathrm{kg}\))

Показать ответ

Ответ

\(320\, \текст W\).

Показать вопрос

Вопрос

Горизонтальная сила \(F= 10\, \text N\) по горизонтальной траектории без трения перемещает объект \(20\, \text m\) на \(5\, \text{ секунды}\). В соответствии с этим, какую мощность потребляет сила \(F\)?

Показать ответ

Ответ

\(40\, \текст W\).

Показать вопрос

Вопрос

Предмет можно поднять на высоту \(10\, \text м\) за \(5\, \text{секунд}\), потратив \(300\, \text W \) власти. 92}\))

Показать ответ

Ответ

\(15\,\текст{кг}\).

Показать вопрос

Вопрос

Механическая мощность также связана с изменением энергии на

Показать ответ

Ответ

\(\frac{\Delta E}{\Delta t}\).

Показать вопрос

Вопрос

Рабочий поднимает груз \(15\, \text{кг}\) с этажа 1 ^st на этаж 5 многоквартирного дома, каждый этаж которого имеет высоту из \(2. 2\))

Показать ответ

Ответ

\(25\,\текст W\).

Показать вопрос

Вопрос

Верно/Неверно: Вход и выход энергии могут обеспечиваться различными видами энергии, такими как механическая энергия, электрическая энергия и тепло.

Показать ответ

Ответ

Показать вопрос

Вопрос

Верно/Неверно: Уравнение для электрической энергии такое же, как и для механической.

Показать ответ

Ответ

Неверно.

Показать вопрос

Подробнее о механической мощности

Откройте для себя подходящий контент для ваших предметов

Не нужно жульничать, если у вас есть все необходимое для успеха! Упаковано в одно приложение!

Учебный план

Будьте идеально подготовлены вовремя с индивидуальным планом.