Хто швидше людиначи підйомний кран підніме весь вантаж на висоту? Потужність якого підйомного механізму більша?
Потужність характеризує швидкість виконання роботи.
Потужність (N) - фізична величина, що дорівнює відношенню роботи A до проміжку часу t, протягом якого виконана ця робота.
Потужність показує, яка робота відбувається за одиницю часу.
У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиниця потужності називається Ватт (Вт) на честь англійського винахідника Джеймса Ватта (Уатта), який побудував першу парову машину.
[N] = Вт = Дж/c
1 Вт = 1 Дж/с
1 Ватт дорівнює потужності сили, що здійснює роботу в 1 Дж за 1 секунду або,
коли вантаж масою 100г піднімають на висоту 1м за секунду.
Сам Джеймс Уатт (1736 – 1819) користувався іншою одиницею потужності – кінською силою (1 л.с.), яку він ввів з метою можливості порівняння працездатності парової машини та коня.
1 л.с. = 735 Вт
Однак, у реального життясередній кінь має потужність близько 1/2 л.с., хоча, звичайно, коні бувають різні.
"Живі двигуни" короткочасно можуть підвищувати свою потужність у кілька разів.
При бігу та у стрибках кінь може доводити свою потужність до десятикратної та більше величини.
Роблячи стрибок на висоту в 1м, кінь вагою 500кг розвиває потужність рівну 5000 Вт = 6,8 к.с.
Вважається, що в середньому потужність людини при спокійній ходьбі дорівнює приблизно 0,1 л. тобто 70 – 90Вт.
Як і кінь, при бігу та у стрибках людина може розвивати потужність у багато разів більшу.
Виявляється, що найпотужнішим джерелом механічної енергіїє вогнепальна зброя!
За допомогою гармати можна кинути ядро масою 900кг зі швидкістю 500м/с, розвиваючи за 0,01 секунд близько 110 000 000 Дж роботи. Ця робота рівнозначна роботі з підйому 75 т вантажу на вершину піраміди Хеопса (висота 150 м).
Потужність пострілу гармати становитиме 11 000 000 000 Вт = 15 000 000 к.с.
Сила напруги м'язів людини приблизно дорівнює силі тяжіння, що діє на нього. Коли 2 однакових за вагою людини піднімаються сходами на одну висоту, але з різною швидкістю, то хто з них розвиває більшу потужність?
НЕ ЗАБУДЬ, ЩО
Ця формула справедлива для рівномірного рухуз постійною швидкістюта у разі змінного руху для середньої швидкості.
Звідси слідує що
З вищенаведених формул видно, що при постійної потужностідвигуна швидкість руху назад пропорційна силі тяги та навпаки
На цьому ґрунтується принцип дії коробки швидкостей (коробки зміни передач) різних транспортних засобів.
А ЯК У ТЕБІ З "ЗМІЛКОЙ"?
Зараз перевіримо!
1. Чи однакову потужність розвивають двигуни вагона трамвая, коли він рухається з однаковою швидкістю без пасажирів та з пасажирами?
Відповідь: При налітшіі Pasashiriv sila tjashesti (ves) vagona bolshe, uvelitshivaetsja sila трення, ravnaja в dannom slutshae sile tjagi,vrastaet motshnost, uvelitshivaetsja rashod electroenergii.
2. Чому корабель із вантажем рухається повільніше, ніж без вантажу? Адже потужність двигуна в обох випадках однакова.
Відповідь: S uvelitsheniem nagruski korabl bolshe pogrushaetsja в wodu. це uvelitshivaet silu soprotivlenija wodi dvisheniu korablja, це привести до potere skorosti.
3. Трактор має три швидкості: 3,08; 4,18 та 5,95 км/год. На якій швидкості він розвиватиме за тієї ж потужності велику силу тяги на гаку?
Відповідь: 
Якщо зрозумів сам, то ти – МОЛОДЕЦЬ!
А якщо підглянув у відповіді? Може, втомився? Нічого, скоро канікули!
Потужність
Потужність визначається роботою, що здійснюється в одну секунду (характеризує наскільки швидко відбувається робота).
Електрична потужність є витрата електричної енергіїза одну секунду.
Електрична потужність - фізична величина, що характеризує швидкість передачі чи перетворення електричної енергії.
Перебіг струму в електричного ланцюгасупроводжується споживанням електроенергії джерел, швидкість споживання енергії характеризується потужністю.
Роботою електричного струмуназивають перетворення його енергії на якусь іншу енергію, наприклад теплову, світлову, механічну. Працездатність струму оцінюється за його потужністю, що позначається літерою P, у міжнародній системі W.
Миттєва потужність - добуток миттєвих значень напруги U та сили струму I на ділянці електричного ланцюга.
P=U*I
Найчастіше йдеться про якусь усередненої потужності, яка виходить інтегруванням (схоже обчислення площі) миттєвої потужності протягом періоду.
Найчастіше йдеться про потужність споживаної пристроєм, а джерел енергії вказується їх вихідна потужність - потужність яку можуть віддати споживачеві (навантаженню).
Активна потужність
Активна потужність – середнє значення миттєвої потужності за період.
Потужність ланцюга, що має тільки активні опори (навантаження), називається активною потужністю.
Активна потужність характеризує швидкість незворотного перетворення електричної енергії на інші види енергії (теплову та електромагнітну-тільки ту яка не повернеться в джерело).
Активна потужність характеризує незворотну (безповоротну) витрату енергії струму.
Необоротна витрата енергії (активна потужність) може піти як на втрати (нагрів проводів та ізоляторів), так і на користь: корисне нагрівання, перетворення в інші види енергії (виконання роботи), випромінювання радіопередавача, передача в інший ланцюг тощо.
При однофазному синусоїдальному струмі та напрузі (той струм, який ми можемо отримати вдома з електричної розетки, підключивши до неї лампу розжарювання):
P=U*I*cos φ, де φ - кут зсуву фаз між струмом та напругою, cos φ - коефіцієнт потужності - показує яку частку повної потужності становить активна потужність.
Одиниця активної потужності – Вт (ват); міжнародне W.
У ланцюгах постійного струмузначення миттєвої та середньої потужностіза проміжок часу збігаються, поняття реактивної потужності відсутнє. У ланцюгах змінного струмутак відбувається, якщо навантаження чисто активне (електронагрівник, праска, лампа розжарювання). При такому навантаженні напруги та фаза струму збігаються і майже вся потужність передається у навантаження.
Реактивна потужність (Q)
Фізичний зміст реактивної потужності - це енергія, що перекачується від джерела на реактивні елементи приймача (індуктивності, конденсатори, обмотки двигунів), а потім повертається цими елементами назад у джерело протягом одного періоду коливань, віднесена до цього періоду. Вона характеризує реактивну енергію - енергію, що не витрачається безповоротно, а лише тимчасово запасається в магнітному полі. Реактивна потужність характеризує енергію, що здійснює коливання між джерелом та реактивною (індуктивною та/або ємнісною) ділянкою ланцюга без її перетворення.
Вимірюється реактивними вольт-амперами (вар або міжнародне: var).
Q=U*I*sin φ, де φ - кут зсуву фаз між струмом та напругою,
Якщо індуктивне навантаження (трансформатори, електродвигуни, дроселі, електромагніти), струм відстає по фазі від напруги, якщо навантаження ємнісне (різні електронні пристрої - конденсатор як накопичувач енергії в імпульсному блоці живлення), то струм по фазі випереджає напругу. Оскільки струм і напруга не збігаються по фазі (реактивне навантаження), то навантаження (споживачеві) передається тільки частина потужності (повної потужності), яка могла б бути передана в навантаження, якби зсув фаз дорівнював нулю (активне навантаження).
Частина повної потужності, яку вдалося передати у навантаження за період змінного струму, називається активною потужністю. Вона дорівнює добутку діючих значень струму та напруги на косинус кута зсуву фаз між ними (cos φ).
Потужність, яка не була передана в навантаження, а призвела до втрат на нагрівання та випромінювання, називається реактивною потужністю. Вона дорівнює добутку діючих значень струму та напруги на синус кута зсуву фаз між ними (sin φ).
Незважаючи на те що реактивна енергіяпереноситься від джерела до реактивного навантаження і назад (двічі за період, кожну чверть періоду змінюючи напрямок), реактивний струм викликає додаткові втрати енергії в активному опорі проводів, відповідно енергії від джерела береться більше, ніж повертається (втрати не повернуться назад у джерело), отже генератор (трансформатор, джерело безперебійного живленняі т.п.) слід брати більшої потужностіа проводи більшого перерізу.
У радіотехніці реактивна потужність може бути корисною (наприклад коливальні контури).
Великі підприємства генерують великі реактивні струми, які негативно впливають на функціонування енергосистеми. З цієї причини для них проводиться облік як активної, так і реактивної складової потужності. Для зменшення генерації реактивних струмів на підприємствах використовують установки компенсації реактивної потужності.
Неактивна потужність (пасивна потужність, N) - це потужність нелінійних спотворень струму, що дорівнює кореню квадратному з різниці квадратів повної та активної потужностей у ланцюзі змінного струму.
У ланцюгу із синусоїдальною напругою неактивна потужність дорівнює кореню квадратному із суми квадратів реактивної потужності та потужностей вищих гармонік струму.
За відсутності вищих гармонік неактивна потужність дорівнює модулю реактивної потужності.
Під потужністю гармоніки струму розуміється добуток чинного значення сили струму даної гармоніки на значення напруги, що діє.
Наявність нелінійних спотворень струму в ланцюзі означає порушення пропорційності між миттєвими значеннями напруги та сили струму, викликане нелінійністю навантаження, наприклад, коли навантаження має імпульсний характер.
При нелінійному навантаженні збільшується здається (повна) потужність ланцюга рахунок потужності нелінійних спотворень струму, яка бере участі у виконанні роботи.
Потужність нелінійних спотворень не є активною і включає як реактивну потужність, так і потужність інших спотворень струму.
Неактивна потужність складається із складових (наприклад потужність спотворення)
Дана фізична величина має розмірність потужності, тому як одиниця виміру неактивної потужності можна використовувати В∙А (вольт-ампер) або вар (вольт-ампер реактивний).
Повна потужність
Повна потужність (S) дорівнює напрузі помноженій на струм, відповідно вимірюється у Вольт-амперах (ВА, або міжнародне VA).
При лінійному навантаженні повна потужність дорівнює кореню квадратному із суми квадратів активної та реактивної потужності.
При нелінійному навантаженні (наприклад імпульсні блокиживлення без коректора коефіцієнта потужності) повна потужність дорівнює кореню квадратному із суми квадратів активної та неактивної потужності.
Практичною одиницею виміру електричної енергії є кіловат-годину (кВт*ч), тобто. робота, що здійснюється при незмінній потужності (1 кВт) протягом 1 години. Позасистемна одиниця виміру кількості виробленої чи спожитої енергії, і навіть виконаної роботи. Використовується переважно для вимірювання споживання електроенергії в побуті та виробництві, для вимірювання вироблення електроенергії в електроенергетиці.
Лічильник у квартирі вважає активну потужність.
Джерела інформації:
Теоретичні засади електротехніки. Безсонов Л.А.
Електричні та магнітні ланцюги. Жеребцов І.П.
Основи сучасної енергетики: підручник для вузів: у 2 т. / за загальною редакцією чл.-кор. РАН Є. В. Аметістова
Хто швидше людина чи підйомний кран підніме весь вантаж на висоту?
Для того, щоб перетягнути 5 мішків картоплі з городу, розташованого за пару кілометрів від будинку, вам буде потрібно цілий день носитися з відром туди-назад. А якщо взяти візок, то впорайтеся за дві-три години. У чому різниця? Різниця у швидкості виконання роботи.
Потужність характеризує швидкість виконання роботи.
Потужність (N) - фізична величина, що дорівнює відношенню роботи A до проміжку часу t, протягом якого виконана ця робота.
потужність = робота / час,
або
де N - потужність,
A – робота,
t – час.
Потужність показує, яка робота відбувається за одиницю часу.
У Міжнародній системі (СІ) одиниця потужності називається Ватт (Вт) на честь англійського винахідника Джеймса Ватта (Уатта), який побудував першу парову машину.
[N] = Вт = Дж / c
1 Вт = 1 Дж/1с
1 Ватт дорівнює потужності сили, що здійснює роботу в 1 Дж за 1 секунду
або, коли вантаж масою 100г піднімають на висоту 1м за 1 секунду
Сам Джеймс Уатт (1736 – 1819) користувався іншою одиницею потужності – кінською силою (1 л.с.), яку він ввів з метою можливості порівняння працездатності парової машини та коня. 1л.с. = 735Вт. Вимірювання потужності в кінських силахвикористовують і сьогодні, наприклад, коли говорять про потужність легкового автомобіляабо вантажівки
Застосування потужності у фізиці
Потужність є найважливішою характеристикою будь-якого двигуна. Різні двигуни розвивають зовсім різну потужність. Це можуть бути як соті частки кіловату, наприклад, двигун електробритви, так і мільйони кіловат, наприклад двигун ракети-носія космічного корабля.
При різному навантаженні двигун автомобіля виробляє різну потужність, щоб продовжувати рух із однаковою швидкістю. Наприклад, при збільшенні маси вантажу, вага машини збільшується, відповідно, зростає сила тертя об поверхню дороги, і для підтримки такої швидкості, як і без вантажу, двигун повинен буде виконувати велику роботу. Відповідно, зросте потужність, що виробляється двигуном. Двигун споживатиме більше палива. Це добре відомо всім водіям. Однак, на великій швидкості свою неабияку роль відіграє інерція рухомого транспортного засобу, яка тим більша, чим більша його маса. Досвідчені водії вантажівок знаходять оптимальне поєднання швидкості зі споживаним бензином, щоб машина спалювала менше палива.
Виявляється, найпотужнішим джерелом механічної енергії є вогнепальна зброя!
За допомогою гармати можна кинути ядро масою 900кг зі швидкістю 500м/с, розвиваючи за 0,01 секунд близько 110 000 000 Дж роботи. Ця робота рівнозначна роботі з підйому 75 т вантажу на вершину піраміди Хеопса (висота 150м)
Потужність пострілу гармати становитиме 11 000 000 000 Вт = 15 000 000 к.с.
Різні машини та механізми, що виконують однакову роботу, можуть відрізнятися потужністю. Потужність характеризує швидкість виконання роботи. Очевидно, що менше часу потрібно виконання даної роботи, тим ефективніше працює машина, механізм та інших.
При русі будь-якого тіла нею у випадку діє кілька сил. Кожна сила виконує роботу, і, отже, кожної сили ми можемо обчислити потужність.
Середня потужність сили- скалярна фізична величина Ν , рівна відношенню роботи А, що здійснюється силою, до проміжку часу Δ t, протягом якого вона відбувається:
\(~N = \frac(A)(\Delta t).\)
У СІ одиницею потужності є ват (Вт).
Якщо тіло рухається прямолінійно і на нього діє постійна сила, то вона здійснює роботу (~A = F \ Delta r \ cos \ alpha \). Тому потужність цієї сили
\(~N = \frac(F \Delta r \cos \alpha)(\Delta t) = F \upsilon \cos \alpha = F_(\upsilon) \cdot \upsilon.\)
де Fυ – проекція сили на напрямок руху.
За цією формулою можна розраховувати і середню, і миттєву потужності, підставляючи значення середньої \(~\mathcal h \upsilon \mathcal i\) або миттєвої υ швидкості.
Миттєва потужність- це потужність сили на даний час.
\(~N_m = \lim_(\Delta t \to 0) \frac(A)(\Delta t) = A" .\)
Будь-який двигун або механізм призначений для виконання певної механічної роботи, яку називають корисною роботою A p. Але будь-якій машині доводиться виконувати велику роботу, так як внаслідок дії сил тертя частина енергії, що підводиться до машини, не може бути перетворена на механічну роботу. Тому ефективність роботи машини характеризують коефіцієнт корисної дії. η (ККД).
Коефіцієнт корисної дії η - це відношення корисної роботи A p , досконалою машиною, до всієї витраченої роботи A z (підведеної енергії W):
\(~\eta = \frac(A_p)(A_z) = \frac(A_p)(W) = \frac(N_p)(N_z),\)
де N p , N z - корисна та витрачена потужності відповідно. ККД зазвичай виражають у відсотках.
Література
Аксенович Л. А. Фізика в середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Навч. посібник для установ, які забезпечують отримання заг. середовищ, освіти / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракіна, К. С. Фаріно; За ред. К. С. Фаріно. – Мн.: Адукація i виховання, 2004. – C. 63-64.