Открытая Физика. Работа и мощность тока

При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу ΔA = (φ₁ – φ₂) Δq = Δφ₁₂ I Δt = U I Δt, где U = Δφ₁₂ – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.

Если обе части формулы RI = U, выражающей закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, умножить на IΔt, то получится соотношение R I² Δt = U I Δt = ΔA.

Это соотношение выражает закон сохранения энергии для однородного участка цепи.

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

ΔQ = ΔA = R I² Δt.

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена: P=ΔAΔt=UI=I2R=U2R.

Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ℰ и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. Закон Ома для полной цепи записывается в виде (

R + r) I = ℰ.

Умножив обе части этой формулы на Δq = IΔt, мы получим соотношение, выражающее закон сохранения энергии для полной цепи постоянного тока: R I²Δt + r I²Δt = ℰ IΔt = ΔA_ст.

Первый член в левой части ΔQ = R I²Δt – тепло, выделяющееся на внешнем участке цепи за время Δt, второй член ΔQ_ист = r I²Δt – тепло, выделяющееся внутри источника за то же время.

Выражение ℰ IΔt равно работе сторонних сил Δ

A_ст, действующих внутри источника.

При протекании электрического тока по замкнутой цепи работа сторонних сил ΔA_ст преобразуется в тепло, выделяющееся во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQ_ист). ΔQ + ΔQ_ист = ΔA_ст = ℰ IΔt .

Следует обратить внимание, что в это соотношение не входит работа электрического поля. При протекании тока по замкнутой цепи электрическое поле работы не совершает; поэтому тепло производится одними только сторонними силами, действующими внутри источника. Роль электрического поля сводится к перераспределению тепла между различными участками цепи.

Внешняя цепь может представлять собой не только проводник с сопротивлением R, но и какое-либо устройство, потребляющее мощность, например, электродвигатель постоянного тока. В этом случае под R нужно понимать эквивалентное сопротивление нагрузки. Энергия, выделяемая во внешней цепи, может частично или полностью преобразовываться не только в тепло, но и в другие виды энергии, например, в механическую работу, совершаемую электродвигателем. Поэтому вопрос об использовании энергии источника тока имеет большое практическое значение.

Полная мощность источника, то есть работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равна Pист=ℰI=ℰ2R+r. Во внешней цепи выделяется мощность P=RI2=ℰI-rI2=ℰ2R(R+r)2. Отношение η=PPист, равное η=PPист=1-rℰI=RR+r, называется коэффициентом полезного действия источника.

На рис. 1.11.1 графически представлены зависимости мощности источника P_ист, полезной мощности P, выделяемой во внешней цепи, и коэффициента полезного действия η от тока в цепи I для источника с ЭДС, равной ℰ, и внутренним сопротивлением r. Ток в цепи может изменяться в пределах от I = 0 (при R=∞) до I=Iкз=ℰr (при R = 0).

Зависимость мощности источника P_ист, мощности во внешней цепи P и КПД источника η от силы тока

Из приведенных графиков видно, что максимальная мощность во внешней цепи P_max, равная Pmax=ℰ24r, достигается при R = r. При этом ток в цепи Imax=12Iкз=ℰ2r, а КПД источника равен 50 %. Максимальное значение КПД источника достигается при I → 0, т. е. при R → ∞. В случае короткого замыкания полезная мощность P = 0 и вся мощность выделяется внутри источника, что может привести к его перегреву и разрушению. КПД источника при этом обращается в нуль.

Методическая разработка по физике на тему: «Работа и мощность»

Урок по физике в 8 классе

Тема : Работа и мощность электрического тока.

Тип урока :

изучение нового материала, комбинированный

Цель урока : расширение мировоззрения учащихся

Задачи:

Образовательная : ввести понятие работы и мощности электрического тока, их обозначений и единиц измерения.

Развивающая: научить определять работу совершаемую электрическим током, рассчитывать мощность электроприборов.

Воспитательная: прививать умение работать самостоятельно , в паре, группах.

Ход урока:

Оборудование: Компьютер, проектор

Приборы и материалы: Презентация, рабочие листы

Пособия: Презентация, рабочие листы

Ход урока:

Основные этапы урока:

1. Актуализация знаний.

2. Мотивация и целенолагание.

3. Изучение нового материала.

4. Первичная проверка полученных знаний.

5. Решение задач.

6. Творческое задание.

7. Творческое задание.

8. Тест – проверка полученных знаний.

9. Домашнее задание.

10. Рефлексия.

Этап

Содержание этапа

Что делают учащиеся

I этап. Актуализация знаний.

Блиц- опрос. Повторение основных понятий, необходимых для работы на уроке

Отвечают на вопросы.

Сл. 1-3

II. Мотивация к изучению темы.

Целеполагание.

Слайд 4

Сл 4. С изображениями счётчиков электроэнергии.

1. Как называются этот прибор?

2. Где вы видели такие приборы? Для чего они предназначены?

3. Что показывают эти приборы?

4. Какие действия выполняет эл. ток?

5. Как проявляются эти действия?

6. Каким одним словом можно обозначить эти действия?

7. Одинакова ли работа тока во всех случаях?

8. Какая величина характеризует скорость выполнения работы?

9. Сформулируйте тему сегодняшнего урока.

10. Что бы вы хотели узнать и чему научиться на этом уроке?

Отвечают на вопросы учителя.

С л. 4, 5

Формулируют понятие работы эл. тока, мощности эл.тока. Сл.5

Формулируют цели урока.

Сл. 6

III.

Открытие новых знаний

1. Работа по рисунку Сл. 8

1. Что такое электрический ток в металлах?

2. Что происходит при замыкании цепи?

3. Что заставляет ионы двигаться?

4. Какие преобразования энергии происходят?

Вывод Сл. 9.

2. Вывод формул:

Работа по Сл.10,11.

1. От каких величин зависит работа тока?

2. Предложите формулу для расчёта работы тока.

3. Единицы измерения работы.

3. Выполним с данной формулой преобразования, получаем формулу мощности. Единицы измерения мощности.

4. Как можно измерить работу и мощность? Демонстрация

Сл. 13. 14, 15.

Демонстрация полученных формул, единиц измерения.

Сл. 16.

Работа в рабочих листах.

Задание 1.Обобщение теоретического материала.

Работа по Сл.8,9

Отвечают на вопросы учителя, делают вывод.

Выводят формулу А=IUt.

Выводят формулу мощности тока

P=UI

Предлагают использование вольтметра, амперметра и часов .Сл. 13,14,15

Заполняют схему в рабочих листах. Сл.16

IV. Первичная проверка знаний.

Что мы узнали?

1. Что представляет собой работа электрического тока?

2. С помощью, каких приборов можно измерить электрическую работу?

3. Что представляет собой электрическая мощность?

4. С помощью, каких приборов можно измерить мощность тока?

Отвечают на вопросы по Сл. 14,15

V. Реализация.

1. Задание 2. Работа с единицами измерения работы и мощности.

2. Задание 3. Применение формулы работы к решению задач.

Самостоятельная работа с использованием Сл.16

VI.

Творческое задание

Работа в парах. Задание №4.

Учитель: в доме допустимая мощность 2200 Вт

Творческое задание: Вы семья из 4-х человек. Определить какие приборы можно включить в квартире одновременно

Работают в парах. По окончании работы предлагают свои варианты включения.

VII. Творческое задание.

Работа в парах. Задание № 5. Составление и решение задачи на расчёт оплаты по паспорту электроприбора.

Сообщают о результатах работы, делают выводы, делятся мнениями.

VIII. Самостоятельная работа – тест по вариантам

По вариантам решают на листах

Ученики работают в парах , меняются листами ответов

На доске открываются ответы, ученики проверяют по готовым ответам

IX. Домашнее задание

Раздача домашнего задания на листочках.

X. Рефлексия

Ребята, какие открытия вы для себя сделали? Что новое для вас вы сегодня узнали?

Заполните таблицу вашего отношения к уроку

Ученики заполняют таблицу

Работа и мощность силы | ЕГЭ по физике

Основные понятия и законы кинематики

Часть механики, в которой изучают движение, не рассматривая причины, вызывающие тот или иной характер движения, называют кинематикой.
Механическим движением называют изменение положения тела относительно других тел
Системой отсчёта называют тело отсчёта, связанную с ним систему координат и часы.
Телом отсчёта называют тело, относительно которого рассматривают положение других тел.
Материальной точкой называют тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь.
Траекторией называют мысленную линию, которую при своём движении описывает материальная точка.

По форме траектории движение делится на:
а) прямолинейное — траектория представляет собой отрезок прямой;
б) криволинейное — траектория представляет собой отрезок кривой.

Путь — это длина траектории, которую описывает материальная точка за данный промежуток времени. Это скалярная величина.
Перемещение — это вектор, соединяющий начальное положение материальной точки с её конечным положением (см. рис.).

Очень важно понимать, чем путь отличается от перемещения. Самое главной отличие в том, что перемещение — это вектор с началом в точке отправления и с концом в точке назначения (при этом абсолютно неважно, каким маршрутом это перемещение совершалось). А путь — это, наборот, скалярная величина, отражающая длину пройденной траектории.

Равномерным прямолинейным движением называют движение, при котором материальная точка за любые равные промежутки времени совершает одинаковые перемещения
Скоростью равномерного прямолинейного движения называют отношение перемещения ко времени, за которое это перемещение произошло:

Для неравномерного движения пользуются понятием средней скорости. Часто вводят среднюю скорость как скалярную величину. Это скорость такого равномерного движения, при котором тело проходит тот же путь за то же время, что и при неравномерном движении:

Мгновенной скоростью называют скорость тела в данной точке траектории или в данный момент времени.
Равноускоренное прямолинейное движение — это прямолинейное движение, при котором мгновенная скорость за любые равные промежутки времени изменяется на одну и ту же величину

Ускорением называют отношение изменения мгновенной скорости тела ко времени, за которое это изменение произошло:

Зависимость координаты тела от времени в равномерном прямолинейном движении имеет вид: x = x₀ + V_xt, где x₀ — начальная координата тела, V_x — скорость движения.
Свободным падением называют равноускоренное движение с постоянным ускорением g = 9,8 м/с², не зависящим от массы падающего тела. Оно происходит только под действием силы тяжести.

Скорость при свободном падении рассчитывается по формуле:

Перемещение по вертикали рассчитывается по формуле:

Одним из видов движения материальной точки является движение по окружности. При таком движении скорость тела направлена по касательной, проведённой к окружности в той точке, где находится тело (линейная скорость). Описывать положение тела на окружности можно с помощью радиуса, проведённого из центра окружности к телу. Перемещение тела при движении по окружности описывается поворотом радиуса окружности, соединяющего центр окружности с телом. Отношение угла поворота радиуса к промежутку времени, в течение которого этот поворот произошёл, характеризует быстроту перемещения тела по окружности и носит название угловой скорости ω:

Угловая скорость связана с линейной скоростью соотношением

где r — радиус окружности.
Время, за которое тело описывает полный оборот, называется периодом обращения. Величина, обратная периоду — частота обращения — ν

Поскольку при равномерном движении по окружности модуль скорости не меняется, но меняется направление скорости, при таком движении существует ускорение. Его называют центростремительным ускорением, оно направлено по радиусу к центру окружности:

Основные понятия и законы динамики

Часть механики, изучающая причины, вызвавшие ускорение тел, называется динамикой

Первый закон Ньютона:
Cуществуют такие системы отсчёта, относительно которых тело сохраняет свою скорость постоянной или покоится, если на него не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано.
Свойство тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения при уравновешенных внешних силах, действующих на него, называется инертностью. Явление сохранения скорости тела при уравновешенных внешних силах называют инерцией. Инерциальными системами отсчёта называют системы, в которых выполняется первый закон Ньютона.

Принцип относительности Галилея:
во всех инерциальных системах отсчёта при одинаковых начальных условиях все механические явления протекают одинаково, т.е. подчиняются одинаковым законам
Масса — это мера инертности тела
Сила — это количественная мера взаимодействия тел.

Второй закон Ньютона:
Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на ускорение, сообщаемое этой силой:
$F↖{→} = m⋅a↖{→}$

Сложение сил заключается в нахождении равнодействующей нескольких сил, которая производит такое же действие, как и несколько одновременно действующих сил.

Третий закон Ньютона:
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, расположены на одной прямой, равны по модулю и противоположны по направлению:
$F_1↖{→} = -F_2↖{→} $

III закон Ньютона подчёркивает, что действие тел друг на друга носит характер взаимодействия. Если тело A действует на тело B, то и тело B действует на тело A (см. рис.).

Или короче, сила действия равна силе противодействия. Часто возникает вопрос: почему лошадь тянет сани, если эти тела взаимодействуют с равными силами? Это возможно только за счёт взаимодействия с третьим телом — Землёй. Сила, с которой копыта упираются в землю, должна быть больше, чем сила трения саней о землю. Иначе копыта будут проскальзывать, и лошадь не сдвинется с места.
Если тело подвергнуть деформации, то возникают силы, препятствующие этой деформации. Такие силы называют силами упругости.

Закон Гука записывают в виде

где k — жёсткость пружины, x — деформация тела. Знак «−» указывает, что сила и деформация направлены в разные стороны.

При движении тел друг относительно друга возникают силы, препятствующие движению. Эти силы называются силами трения. Различают трение покоя и трение скольжения. Сила трения скольжения подсчитывается по формуле

где N — сила реакции опоры, µ — коэффициент трения.
Эта сила не зависит от площади трущихся тел. Коэффициент трения зависит от материала, из которого сделаны тела, и качества обработки их поверхности.

Трение покоя возникает, если тела не перемещаются друг относительно друга. Сила трения покоя может меняться от нуля до некоторого максимального значения

Гравитационными силами называют силы, с которыми любые два тела притягиваются друг к другу.

Закон всемирного тяготения:
любые два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Здесь R — расстояние между телами. Закон всемирного тяготения в таком виде справедлив либо для материальных точек, либо для тел шарообразной формы.

Весом тела называют силу, с которой тело давит на горизонтальную опору или растягивает подвес.

Сила тяжести — это сила, с которой все тела притягиваются к Земле:

При неподвижной опоре вес тела равен по модулю силе тяжести:

Если тело движется по вертикали с ускорением, то его вес будет изменяться.
При движении тела с ускорением, направленным вверх, его вес

Видно, что вес тела больше веса покоящегося тела.

При движении тела с ускорением, направленным вниз, его вес

В этом случае вес тела меньше веса покоящегося тела.

Невесомостью называется такое движение тела, при котором его ускорение равно ускорению свободного падения, т.е. a = g. Это возможно в том случае, если на тело действует только одна сила — сила тяжести.
Искусственный спутник Земли — это тело, имеющее скорость V1, достаточную для того, чтобы двигаться по окружности вокруг Земли
На спутник Земли действует только одна сила — сила тяжести, направленная к центру Земли
Первая космическая скорость — это скорость, которую надо сообщить телу, чтобы оно обращалось вокруг планеты по круговой орбите.

где R — расстояние от центра планеты до спутника.
Для Земли, вблизи её поверхности, первая космическая скорость равна

1.3. Основные понятия и законы статики и гидростатики Тело (материальная точка) находится в состоянии равновесия, если векторная сумма сил, действующих на него, равна нулю. Различают 3 вида равновесия: устойчивое, неустойчивое и безразличное. Если при выведении тела из положения равновесия возникают силы, стремящиеся вернуть это тело обратно, это устойчивое равновесие. Если возникают силы, стремящиеся увести тело ещё дальше из положения равновесия, это неустойчивое положение; если никаких сил не возникает — безразличное (см. рис. 3).

Когда речь идёт не о материальной точке, а о теле, которое может иметь ось вращения, то для достижения положения равновесия помимо равенства нулю суммы сил, действующих на тело, необходимо, чтобы алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело, была равна нулю.

Здесь d —плечо силы. Плечом силы d называют расстояние от оси вращения до линии действия силы.

Условие равновесия рычага:
алгебраическая сумма моментов всех вращающих тело сил равна нулю.
Давлением называют физическую величину, равную отношению силы, действующей на площадку, перпендикулярную этой силе, к площади площадки:

Для жидкостей и газов справедлив закон Паскаля:
давление распространяется по всем направлениям без изменений.
Если жидкость или газ находятся в поле силы тяжести, то каждый вышерасположенный слой давит на нижерасположенные и по мере погружения внутрь жидкости или газа давление растёт. Для жидкостей

где ρ — плотность жидкости, h — глубина проникновения в жидкость.

Однородная жидкость в сообщающихся сосудах устанавливается на одном уровне. Если в колена сообщающихся сосудов залить жидкость с разными плотностями, то жидкость с большей плотностью устанавливается на меньшей высоте. В этом случае

Высоты столбов жидкости обратно пропорциональны плотностям:

Гидравлический пресс представляет собой сосуд, заполненный маслом или иной жидкостью, в котором прорезаны два отверстия, закрытые поршнями. Поршни имеют разную площадь. Если к одному поршню приложить некоторую силу, то сила, приложенная ко второму поршню, оказывается другой.
Таким образом, гидравлический пресс служит для преобразования величины силы. Поскольку давление под поршнями должно быть одинаковым, то

Тогда A1 = A2.
На тело, погружённое в жидкость или газ, со стороны этой жидкости или газа действует направленная вверх выталкивающая сила, которую называют силой Архимеда
Величину выталкивающей силы устанавливает закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости или газа, вытесненного телом:

где ρ_жидк — плотность жидкости, в которую погружено тело; V_погр — объём погружённой части тела.

Условие плавания тела — тело плавает в жидкости или газе, когда выталкивающая сила,действующая на тело, равна силе тяжести, действующей на тело.

1.4. Законы сохранения Импульсом тела называют физическую величину, равную произведению массы тела на его скорость:

Импульс — векторная величина. [p] =кг·м/с. Наряду с импульсом тела часто пользуются импульсом силы. Это произведение силы на время её действия
Изменение импульса тела равно импульсу действующей на это тело силы. Для изолированной системы тел (система, тела которой взаимодействуют только друг с другом) выполняется закон сохранения импульса: сумма импульсов тел изолированной системы до взаимодействия равна сумме импульсов этих же тел после взаимодействия.
Механической работой называют физическую величину, которая равна произведению силы, действующей на тело, на перемещение тела и на косинус угла между направлением силы и перемещения:

Мощность — это работа, совершённая в единицу времени:

Способность тела совершать работу характеризуют величиной, которую называют энергией. Механическую энергию делят на кинетическую и потенциальную. Если тело может совершать работу за счёт своего движения, говорят, что оно обладает кинетической энергией. Кинетическая энергия поступательного движения материальной точки подсчитывается по формуле

Если тело может совершать работу за счёт изменения своего положения относительно других тел или за счёт изменения положения частей тела, оно обладает потенциальной энергией. Пример потенциальной энергии: тело, поднятое над землёй, его энергия подсчитывается по формуле

где h — высота подъёма

Энергия сжатой пружины:

где k — коэффициент жёсткости пружины, x — абсолютная деформация пружины.

Сумма потенциальной и кинетической энергии составляет механическую энергию. Для изолированной системы тел в механике справедлив закон сохранения механической энергии: если между телами изолированной системы не действуют силы трения (или другие силы, приводящие к рассеянию энергии), то сумма механических энергий тел этой системы не изменяется (закон сохранения энергии в механике). Если же силы трения между телами изолированной системы есть, то при взаимодействии часть механической энергии тел переходит во внутреннюю энергию.

1.5. Механические колебания и волны Колебаниями называются движения, обладающие той или иной степенью повторяемости во времени. Колебания называются периодическими, если значения физических величин, изменяющихся в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени.
Гармоническими колебаниями называются такие колебания, в которых колеблющаяся физическая величина x изменяется по закону синуса или косинуса, т.е.

Величина A, равная наибольшему абсолютному значению колеблющейся физической величины x, называется амплитудой колебаний. Выражение α = ωt + ϕ определяет значение x в данный момент времени и называется фазой колебаний. Периодом T называется время, за которое колеблющееся тело совершает одно полное колебание. Частотой периодических колебаний называют число полных колебаний, совершённых за единицу времени:

Частота измеряется в с^-1. Эта единица называется герц (Гц).

Математическим маятником называется материальная точка массой m, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая колебания в вертикальной плоскости.
Если один конец пружины закрепить неподвижно, а к другому её концу прикрепить некоторое тело массой m, то при выведении тела из положения равновесия пружина растянется и возникнут колебания тела на пружине в горизонтальной или вертикальной плоскости. Такой маятник называется пружинным.

Период колебаний математического маятника определяется по формуле

где l — длина маятника.

Период колебаний груза на пружине определяется по формуле

где k — жёсткость пружины, m — масса груза.

Распространение колебаний в упругих средах.
Среда называется упругой, если между её частицами существуют силы взаимодействия. Волнами называется процесс распространения колебаний в упругих средах.
Волна называется поперечной, если частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны. Волна называется продольной, если колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны.
Длиной волны называется расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе:

где v — скорость распространения волны.

Звуковыми волнами называют волны, колебания в которых происходят с частотами от 20 до 20 000 Гц.
Скорость звука различна в различных средах. Скорость звука в воздухе равна 340 м/c.
Ультразвуковыми волнами называют волны, частота колебаний в которых превышает 20 000 Гц. Ультразвуковые волны не воспринимаются человеческим ухом.

Работа и мощность в механике определение. А полезная формула

«Физика — 10 класс»

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, позволяющий описывать большинство происходящих явлений.

Описание движения тел также возможно с помощью таких понятий динамики, как работа и энергия.

Вспомните, что такое работа и мощность в физике.

Совпадают ли эти понятия с бытовыми представлениями о них?

Все наши ежедневные действия сводятся к тому, что мы с помощью мышц либо приводим в движение окружающие тела и поддерживаем это движение, либо же останавливаем движущиеся тела.

Этими телами являются орудия труда (молоток, ручка, пила), в играх — мячи, шайбы, шахматные фигуры. На производстве и в сельском хозяйстве люди также приводят в движение орудия труда.

Применение машин во много раз увеличивает производительность труда благодаря использованию в них двигателей.

Назначение любого двигателя в том, чтобы приводить тела в движение и поддерживать это движение, несмотря на торможение как обычным трением, так и «рабочим» сопротивлением (резец должен не просто скользить по металлу, а, врезаясь в него, снимать стружку; плуг должен взрыхлять землю и т. д.). При этом на движущееся тело должна действовать со стороны двигателя сила.

Работа совершается в природе всегда, когда на какое-либо тело в направлении его движения или против него действует сила (или несколько сил) со стороны другого тела (других тел).

Сила тяготения совершает работу при падении капель дождя или камня с обрыва. Одновременно совершает работу и сила сопротивления, действующая на падающие капли или на камень со стороны воздуха. Совершает работу и сила упругости, когда распрямляется согнутое ветром дерево.

Определение работы.

Второй закон Ньютона в импульсной форме Δ = Δt позволяет определить, как меняется скорость тела по модулю и направлению, если на него в течение времени Δt действует сила .

Воздействия на тела сил, приводящих к изменению модуля их скорости, характеризуются величиной, зависящей как от сил, так и от перемещений тел. Эту величину в механике и называют работой силы .

Изменение скорости по модулю возможно лишь в том случае, когда проекция силы F r на направление перемещения тела отлична от нуля. Именно эта проекция определяет действие силы, изменяющей скорость тела по модулю. Она совершает работу. Поэтому работу можно рассматривать как произведение проекции силы F r на модуль перемещения |Δ| (рис. 5.1):

А = F r |Δ| . (5.1)

Если угол между силой и перемещением обозначить через α, то F r = Fcosα .

Следовательно, работа равна:

А = |Δ|cosα . (5.2)

Наше бытовое представление о работе отличается от определения работы в физике. Вы держите тяжёлый чемодан, и вам кажется, что вы совершаете работу. Однако с точки зрения изики ваша работа равна нулю.

Работа постоянной силы равна произведению модулей силы и перемещения точки приложения силы и косинуса угла между ними.

В общем случае при движении твёрдого тела перемещения его разных точек различны, но при определении работы силы мы под Δ понимаем перемещение её точки приложения. При поступательном движении твёрдого тела перемещение всех его точек совпадает с перемещением точки приложения силы.

Работа, в отличие от силы и перемещения, является не векторной, а скалярной величиной. Она может быть положительной, отрицательной или равной нулю.

Знак работы определяется знаком косинуса угла между силой и перемещением. Если α 0, так как косинус острых углов положителен. При α > 90° работа отрицательна, так как косинус тупых углов отрицателен. При α = 90° (сила перпендикулярна перемещению) работа не совершается.

Если на тело действует несколько сил, то проекция равнодействующей силы на перемещение равна сумме проекций отдельных сил:

F r = F 1r + F 2r + … .

Поэтому для работы равнодействующей силы получаем

А = F 1r |Δ| + F 2r |Δ| + … = А 1 + А 2 + … . (5.3)

Если на тело действует несколько сил, то полная работа (алгебраическая сумма работ всех сил) равна работе равнодействующей силы.

Совершённую силой работу можно представить графически. Поясним это, изобразив на рисунке зависимость проекции силы от координаты тела при его движении по прямой.

Пусть тело движется вдоль оси ОХ (рис. 5.2), тогда

Fcosα = F x , |Δ| = Δ х .

Для работы силы получаем

А = F|Δ|cosα = F x Δx .

Очевидно, что площадь прямоугольника, заштрихованного на рисунке (5.3, а), численно равна работе при перемещении тела из точки с координатой х1 в точку с координатой х2.

Формула (5.1) справедлива в том случае, когда проекция силы на перемещение постоянна. В случае криволинейной траектории, постоянной или переменной силы мы разделяем траекторию на малые отрезки, которые можно считать прямолинейными, а проекцию силы на малом перемещении Δ — постоянной.

Тогда, вычисляя работу на каждом перемещении Δ а затем суммируя эти работы, мы определяем работу силы на конечном перемещении (рис. 5.3, б).

Единица работы.

Единицу работы можно установить с помощью основной формулы (5.2). Если при перемещении тела на единицу длины на него действует сила, модуль которой равен единице, и направление силы совпадает с направлением перемещения её точки приложения (α = 0), то и работа будет равна единице. В Международной системе (СИ) единицей работы является джоуль (обозначается Дж):

1 Дж = 1 Н 1 м = 1 Н м .

Джоуль — это работа, совершаемая силой 1 Н на перемещении 1 если направления силы и перемещения совпадают.

Часто используют кратные единицы работы — килоджоуль и мега джоуль:

1 кДж = 1000 Дж ,
1 МДж = 1000000 Дж .

Работа может быть совершена как за большой промежуток времени, так и за очень малый. На практике, однако, далеко не безразлично, быстро или медленно может быть совершена работа. Временем, в течение которого совершается работа, определяют производительность любого двигателя. Очень большую работу может совершить и крошечный электромоторчик, но для этого понадобится много времени. Потому наряду с работой вводят величину, характеризующую быстроту, с которой она производится, — мощность.

Мощность — это отношение работы А к интервалу времени Δt, за который эта работа совершена, т. е. мощность — это скорость совершения работы:

Подставляя в формулу (5.4) вместо работы А её выражение (5.2), получаем

Таким образом, если сила и скорость тела постоянны, то мощность равна произведению модуля вектора силы на модуль вектора скорости и на косинус угла между направлениями этих векторов. Если же эти величины переменные, то по формуле (5.4) можно определить среднюю мощность подобно определению средней скорости движения тела.

Понятие мощности вводится для оценки работы за единицу времени, совершаемой каким-либо механизмом (насосом, подъёмным краном, мотором машины и т. д.). Поэтому в формулах (5.4) и (5.5) под всегда подразумевается сила тяги.

В СИ мощность выражается в ваттах (Вт) .

Мощность равна 1 Вт, если работа, равная 1 Дж, совершается за 1 с.

Наряду с ваттом используются более крупные (кратные) единицы мощности:

1 кВт (киловатт) = 1000 Вт ,
1 МВт (мегаватт) = 1 000 000 Вт .

Коэффициент полезного действия показывает отношение полезной работы, которая выполняется механизмом или устройством, к затраченной. Часто за затраченную работу принимают количество энергии, которое потребляет устройство для того, чтобы выполнить работу.

Вам понадобится

1. — автомобиль;
2. — термометр;
3. — калькулятор.

Инструкция

1. Для того чтобы рассчитать коэффициент полезного действия (КПД) поделите полезную работу Ап на работу затраченную Аз, а результат умножьте на 100% (КПД=Ап/Аз∙100%). Результат получите в процентах.
2. При расчете КПД теплового двигателя, полезной работой считайте механическую работу, выполненную механизмом. За затраченную работу берите количество теплоты, выделяемое сгоревшим топливом, которое является источником энергии для двигателя.6∙7)∙100%=30%.
3. В общем случае чтобы найти КПД, любой тепловой машины (двигателя внутреннего сгорания, парового двигателя, турбины и т.д.), где работа выполняется газом, имеет коэффициент полезного действия равный разности теплоты отданной нагревателем Q1 и полученной холодильником Q2, найдите разность теплоты нагревателя и холодильника, и поделите на теплоту нагревателя КПД= (Q1-Q2)/Q1. Здесь КПД измеряется в дольных единицах от 0 до 1, чтобы перевести результат в проценты, умножьте его на 100.
4. Чтобы получить КПД идеальной тепловой машины (машины Карно), найдите отношение разности температур нагревателя Т1 и холодильника Т2 к температуре нагревателя КПД=(Т1-Т2)/Т1. Это предельно возможный КПД для конкретного типа тепловой машины с заданными температурами нагревателя и холодильника.
5. Для электродвигателя найдите затраченную работу как произведение мощности на время ее выполнения. Например, если электродвигатель крана мощностью 3,2 кВт поднимает груз массой 800 кг на высоту 3,6 м за 10 с, то его КПД равен отношению полезной работы Ап=m∙g∙h, где m – масса груза, g≈10 м/с² ускорение свободного падения, h – высота на которую подняли груз, и затраченной работы Аз=Р∙t, где Р – мощность двигателя, t – время его работы. Получите формулу для определения КПД=Ап/Аз∙100%=(m∙g∙h)/(Р∙t) ∙100%=%=(800∙10∙3,6)/(3200∙10) ∙100%=90%.

Какая формула у полезной работы?

Используя тот или иной механизм, мы совершаем работу, всегда превышающую ту, которая необходима для достижения поставленной цели. В соответствии с этим различают полную или затраченную работу Аз и полезную работу Ап. Если, например, наша цель-поднять груз массой m на высоту Н, то полезная работа — это та, которая обусловлена лишь преодолением силы тяжести, действующей на груз. При равномерном подъеме груза, когда прикладываемая нами сила равна силе тяжести груза, эта работа может быть найдена следующим образом:
Ап =FH= mgH
Полезная работа всегда составляет лишь некоторую часть полной работы, которую совершает человек, используя механизм.

Физическая величина, показывающая, какую долю составляет полезная работа от всей затраченной работы, называется коэффициентом полезного действия механизма.

Что такое работа в физике определение формула. нн

Помогите расшифровать формулу по физике

КПД тепловых двигателей.физика (формулы,определения,примеры) напишите! физика (формулы,определения,примеры) напишите!

В нашем повседневном опыте слово «работа» встречается очень часто. Но следует различать работу физиологическую и работу с точки зрения науки физики. Когда вы приходите с уроков, вы говорите: «Ой, как я устал!». Это работа физиологическая. Или, к примеру, работа коллектива в народной сказке «Репка».

Рис 1. Работа в повседневном смысле слова

Мы же будем говорить здесь о работе с точки зрения физики.

Механическая работа совершается, если под действием силы происходит перемещение тела. Работа обозначается латинской буквой А. Более строго определение работы звучит так.

Работой силы называется физическая величина, равная произведению величины силы на расстояние, пройденное телом в направлении действия силы.

Рис 2. Работа — это физическая величина

Формула справедлива, когда на тело действует постоянная сила.

В международной системе единиц СИ работа измеряется в джоулях.

Это означает, что если под действием силы в 1 ньютон тело переместилось на 1 метр, то данной силой совершена работа 1 джоуль.

Единица работы названа в честь английского ученого Джеймса Прескотта Джоуля.

Рис 3. Джеймс Прескотт Джоуль (1818 — 1889)

Из формулы для вычисления работы следует, что возможны три случая, когда работа равна нулю.

Первый случай — когда на тело действует сила, но тело не перемещается. Например, на дом действует огромная сила тяжести. Но она не совершает работы, поскольку дом неподвижен.

Второй случай — когда тело перемещается по инерции, то есть на него не действуют никакие силы. Например, космический корабль движется в межгалактическом пространстве.

Третий случай — когда на тело действует сила, перпендикулярная направлению движения тела. В этом случае, хотя и тело перемещается, и сила на него действует, но нет перемещения тела в направлении действия силы .

Рис 4. Три случая, когда работа равна нулю

Следует также сказать, что работа силы может быть отрицательной. Так будет, если перемещение тела происходит против направления действия силы . Например, когда подъемный кран с помощью троса поднимает груз над землей, работа силы тяжести отрицательна (а работа силы упругости троса, направленная вверх, наоборот, положительна).

Предположим, при выполнении строительных работ котлован необходимо засыпать песком. Экскаватору для этого понадобится несколько минут, а рабочему с помощью лопаты пришлось бы трудиться несколько часов. Но и экскаватор, и рабочий при этом выполнили бы одну и ту же работу .

Рис 5. Одну и ту же работу можно выполнить за разное время

Чтобы охарактеризовать быстроту выполнения работы в физике используется величина, называемая мощностью.

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

Мощность обозначается латинской буквой N .

Единицей измерения мощности я системе СИ является ватт.

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

Единица мощности названа в честь английского ученого, изобретателя паровой машины Джеймса Уатта.

Рис 6. Джеймс Уатт (1736 — 1819)

Объединим формулу для вычисления работы с формулой для вычисления мощности.

Вспомним теперь, что отношение пути, пройденного телом, S , ко времени движения t представляет собой скорость движения тела v .

Таким образом, мощность равна произведению численного значения силы на скорость движения тела в направлении действия силы .

Этой формулой удобно пользоваться при решении задач, в которых сила действует на тело, движущееся с известной скоростью.

Список литературы

1. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике для 7-9 классов общеобразовательных учреждений. — 17-е изд. — М.: Просвещение, 2004.
2. Перышкин А.В. Физика. 7 кл. — 14-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2010.
3. Перышкин А.В. Сборник задач по физике, 7-9 кл.: 5-е изд., стереотип. — М: Издательство «Экзамен», 2010.

1. Интернет-портал Physics.ru ().
2. Интернет-портал Festival.1september.ru ().
3. Интернет-портал Fizportal.ru ().
4. Интернет-портал Elkin52.narod.ru ().

Домашнее задание

1. В каких случаях работа равна нулю?
2. Как находится работа на пути, пройденном в направлении действия силы? В противоположном направлении?
3. Какую работу совершает сила трения, действующая на кирпич, при его перемещении на 0,4 м? Сила трения равна 5 Н.

1. Механическая работа ​\(A \) ​ — физическая величина, равная произведению вектора силы, действующей на тело, и вектора его перемещения: ​\(A=\vec{F}\vec{S} \) ​. Работа — скалярная величина, характеризуется числовым значением и единицей.

За единицу работы принимают 1 джоуль (1 Дж).\circ \) ​ = 0. Так, нулю равна работа силы, сообщающей телу центростремительное ускорение при его равномерном движении по окружности, так как эта сила перпендикулярна направлению движения тела в любой точке траектории.

4. Работа силы можетбыть как положительной, так и отрицательной. Работа положительная ​\(A \) ​ > 0, если угол 90° > ​\(\alpha \) ​ ≥ 0°; если угол 180° > ​\(\alpha \) ​ ≥ 90°, то работа отрицательная ​\(A \) ​

Если угол ​\(\alpha \) ​ = 0°, то ​\(\cos\alpha \) ​ = 1, ​\(A=FS \) ​. Если угол ​\(\alpha \) ​ = 180°, то ​\(\cos\alpha \) ​ = -1, ​\(A=-FS \) ​.

5. При свободном падении с высоты ​\(h \) ​ тело массой ​\(m \) ​ перемещается из положения 1 в положение 2 (рис. 43). При этом сила тяжести совершает работу, равную:

\[ A=F_тh=mg(h_1-h_2)=mgh \]

​При движении тела вертикально вниз сила и перемещение направлены в одну сторону, и сила тяжести совершает положительную работу.

Если тело поднимается вверх, то сила тяжести направлена вниз, а перемещение вверх, то сила тяжести совершает отрицательную работу, т.е.

\[ A=-F_тh=-mg(h_1-h_2)=-mgh \]

6. Работу можно представить графически. На рисунке изображён график зависимости силы тяжести от высоты тела относительно поверхности Земли (рис. 44). Графически работа силы тяжести равна площади фигуры (прямоугольника), ограниченного графиком, координатными осями и перпендикуляром, восставленным к оси абсцисс
в точке ​\(h \) ​.

Графиком зависимости силы упругости от удлинения пружины является прямая, проходящая через начало координат (рис. 45). По аналогии с работой силы тяжести работа силы упругости равна площади треугольника, ограниченного графиком, координатными осями и перпендикуляром, восставленным к оси абсцисс в точке ​\(x \) ​.
​\(A=Fx/2=kx\cdot x/2 \) ​.

7. Работа силы тяжести не зависит от формы траектории, по которой перемещается тело; она зависит от начального и конечного положений тела. Пусть тело сначала перемещается из точки А в точку В по траектории АВ (рис. 46). Работа силы тяжести в этом случае

\[ A_{AB}=mgh \]

Пусть теперь тело движется из точки А в точку В сначала вдоль наклонной плоскости АС, затем вдоль основания наклонной плоскости ВС. Работа силы тяжести при перемещении по ВС равна нулю. Работа силы тяжести при перемещении по АС равна произведению проекции силы тяжести на наклонную плоскость ​\(mg\sin\alpha \) ​ и длины наклонной плоскости, т.е. ​\(A_{AC}=mg\sin\alpha\cdot l \) ​. Произведение ​\(l\cdot\sin\alpha=h \) ​. Тогда \(A_{AC}=mgh \) . Работа силы тяжести при перемещении тела по двум различным траекториям не зависит от формы траектории, а зависит от начального и конечного положений тела.

Работа силы упругости также не зависит от формы траектории.

Предположим, что тело перемещается из точки А в точку В по траектории АСВ, а затем из точки В в точку А по траектории ВА. При движении по траектории АСВ сила тяжести совершает положительную работу, при движении по траектории В А работа силы тяжести отрицательна, равная по модулю работе при движении по траектории АСВ. Следовательно работа силы тяжести по замкнутой траектории равна нулю. То же относится и к работе силы упругости.

Силы, работа которых не зависит от формы траектории и по замкнутой траектории равна нулю, называют консервативными. К консервативным силам относятся сила тяжести и сила упругости.

8. Силы, работа которых зависит от формы пути, называют неконсервативными. Неконсервативной является сила трения. Если тело перемещается из точки А в точку В (рис. 47) сначала по прямой, а затем по ломаной линии АСВ, то в первом случае работа силы трения ​\(A_{AB}=-Fl_{AB} \) ​, а во втором ​\(A_{ABC}=A_{AC}+A_{CB} \) ​, \(A_{ABC}=-Fl_{AC}-Fl_{CB} \) .

Следовательно, работа ​\(A_{AB} \) ​ не равна работе ​\(A_{ABC} \) ​.

9. Мощностью называется физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который она совершена. Мощность характеризует быстроту совершения работы.

Мощность обозначается буквой ​\(N \) ​.

Единица мощности: ​\([N]=[A]/[t] \) ​. ​\([N] \) ​ = 1 Дж/1 с = 1 Дж/с. Эта единица называется ватт (Вт). Один ватт — такая мощность, при которой работа 1 Дж совершается за 1 с.

10. Мощность, развиваемая двигателем, равна: ​\(N = A/t \) ​, ​\(A=F\cdot S \) ​, откуда ​\(N=FS/t \) ​. Отношение перемещения ко времени представляет собой скорость движения: ​\(S/t = v \) ​. Откуда ​\(N = Fv \) ​.

Из полученной формулы видно, что при постоянной силе сопротивления скорость движения прямо пропорциональна мощности двигателя.

В различных машинах и механизмах происходит преобразование механической энергии. За счёт энергии при её преобразовании совершается работа. При этом на совершение полезной работы расходуется только часть энергии. Некоторая часть энергии тратится на совершение работы против сил трения. Таким образом, любая машина характеризуется величиной, показывающей, какая часть передаваемой ей энергии используется полезно. Эта величина называется коэффициентом полезного действия (КПД) .

Коэффициентом полезного действия называют величину, равную отношению полезной работы ​\((A_п) \) ​ ко всей совершённой работе \((A_с) \) : ​\(\eta=A_п/A_с \) ​. Выражают КПД в процентах.

Часть 1

1. Работа определяется по формуле

1) ​\(A=Fv \) ​
2) \(A=N/t \) ​
3) \(A=mv \) ​
4) \(A=FS \) ​

2. Груз равномерно поднимают вертикально вверх за привязанную к нему верёвку. Работа силы тяжести в этом случае

1) равна нулю
2) положительная
3) отрицательная
4) больше работы силы упругости

3. Ящик тянут за привязанную к нему верёвку, составляющую угол 60° с горизонтом, прикладывая силу 30 Н. Какова работа этой силы, если модуль перемещения равен 10 м?

1) 300 Дж
2) 150 Дж
3) 3 Дж
4) 1,5 Дж

4. Искусственный спутник Земли, масса которого равна ​\(m \) ​, равномерно движется по круговой орбите радиусом ​\(R \) ​. Работа, совершаемая силой тяжести за время, равное периоду обращения, равна

1) ​\(mgR \) ​
2) ​\(\pi mgR \) ​
3) \(2\pi mgR \) ​
4) ​\(0 \) ​

5. Автомобиль массой 1,2 т проехал 800 м по горизонтальной дороге. Какая работа была совершена при этом силой трения, если коэффициент трения 0,1?

1) -960 кДж
2) -96 кДж
3) 960 кДж
4) 96 кДж

6. Пружину жёсткостью 200 Н/м растянули на 5 см. Какую работу совершит сила упругости при возвращении пружины в состояние равновесия?

1) 0,25 Дж
2) 5 Дж
3) 250 Дж
4) 500 Дж

7. Шарики одинаковой массы скатываются с горки по трём разным желобам, как показано на рисунке. В каком случае работа силы тяжести будет наибольшей?

1) 1
2) 2
3) 3
4) работа во всех случаях одинакова

8. Работа по замкнутой траектории равна нулю

А. Силы трения
Б. Силы упругости

Верным является ответ

1) и А, и Б
2) только А
3) только Б
4) ни А, ни Б

9. Единицей мощности в СИ является

1) Дж
2) Вт
3) Дж·с
4) Н·м

10. Чему равна полезная работа, если совершённая работа составляет 1000 Дж, а КПД двигателя 40 %?

1) 40000 Дж
2) 1000 Дж
3) 400 Дж
4) 25 Дж

11. Установите соответствие между работой силы (в левом столбце таблицы) и знаком работы (в правом столбце таблицы). В ответе запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

РАБОТА СИЛЫ
A. Работа силы упругости при растяжении пружины
Б. Работа силы трения
B. Работа силы тяжести при падении тела

ЗНАК РАБОТЫ
1) положительная
2) отрицательная
3) равна нулю

12. Из приведённых ниже утверждений выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Работа силы тяжести не зависит от формы траектории.
2) Работа совершается при любом перемещении тела.
3) Работа силы трения скольжения всегда отрицательна.
4) Работа силы упругости по замкнутому контуру не равна нулю.
5) Работа силы трения не зависит от формы траектории.

Часть 2

13. Лебёдка равномерно поднимает груз массой 300 кг на высоту 3 м за 10 с. Какова мощность лебёдки?

Ответы

Механическая работа. Единицы работы.

В обыденной жизни под понятием «работа» мы понимаем всё.

В физике понятие работа несколько иное. Это определенная физическая величина, а значит, ее можно измерить. В физике изучается прежде всего механическая работа .

Рассмотрим примеры механической работы.

Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает работу — перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается.

Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы. Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действуя на тело (например, сила трения), уменьшает скорость его движения.

Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем. Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается.

Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила, и оно движется .

Нетрудно понять, что чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа.

Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути .

Поэтому, условились измерять механическую работу произведением силы на путь, пройденный по этому направлению этой силы:

работа = сила × путь

где А — работа, F — сила и s — пройденный путь.

За единицу работы принимается работа, совершаемая силой в 1Н, на пути, равном 1 м.

Единица работы — джоуль (Дж ) названа в честь английского ученого Джоуля. Таким образом,

1 Дж = 1Н · м.

Используется также килоджоули (кДж ) .

1 кДж = 1000 Дж.

Формула А = Fs применима в том случае, когда сила F постоянна и совпадает с направлением движения тела.

Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу.

Если же движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, например, силы трения скольжения, то данная сила совершает отрицательную работу.

Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения, то эта сила работы не совершает, работа равна нулю:

В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом — работа.

Пример . Вычислите работу, совершаемую при подъеме гранитной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 20 м. Плотность гранита 2500 кг/м 3 .

Дано :

ρ = 2500 кг/м 3

Решение :

где F -сила, которую нужно приложить, чтобы равномерно поднимать плиту вверх. Эта сила по модулю равна силе тяж Fтяж, действующей на плиту, т. е. F = Fтяж. А силу тяжести можно определить по массе плиты: Fтяж = gm. Массу плиты вычислим, зная ее объем и плотность гранита: m = ρV; s = h, т. е. путь равен высоте подъема.

Итак, m = 2500 кг/м3 · 0,5 м3 = 1250 кг.

F = 9,8 Н/кг · 1250 кг ≈ 12 250 Н.

A = 12 250 Н · 20 м = 245 000 Дж = 245 кДж.

Ответ : А =245 кДж.

Рычаги.Мощность.Энергия

На совершение одной и той же работы различным двигателям требуется разное время. Например, подъемный кран на стройке за несколько минут поднимает на верхний этаж здания сотни кирпичей. Если бы эти кирпичи перетаскивал рабочий, то ему для этого потребовалось бы несколько часов. Другой пример. Гектар земли лошадь может вспахать за 10-12 ч, трактор же с многолемешным плугом (лемех — часть плуга, подрезающая пласт земли снизу и передающая его на отвал; многолемешный — много лемехов), эту работу выполнит на 40-50 мин.

Ясно, что подъемный кран ту же работу совершает быстрее, чем рабочий, а трактор — быстрее чем лошадь. Быстроту выполнения работы характеризуют особой величиной, называемой мощностью.

Мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена.

Чтобы вычислить мощность, надо работу разделить на время, в течение которого совершена эта работа. мощность = работа/время.

где N — мощность, A — работа, t — время выполненной работы.

Мощность — величина постоянная, когда за каждую секунду совершается одинаковая работа, в других случаях отношение A/t определяет среднюю мощность:

N ср = A/t . За единицу мощности приняли такую мощность, при которой в 1 с совершается работа в Дж.

Эта единица называется ваттом (Вт ) в честь еще одного английского ученого Уатта.

1 ватт = 1 джоуль/ 1 секунда , или 1 Вт = 1 Дж/с.

Ватт (джоуль в секунду) — Вт (1 Дж/с).

В технике широко используется более крупные единицы мощности — киловатт (кВт ), мегаватт (МВт ) .

1 МВт = 1 000 000 Вт

1 кВт = 1000 Вт

1 мВт = 0,001 Вт

1 Вт = 0,000001 МВт

1 Вт = 0,001 кВт

1 Вт = 1000 мВт

Пример . Найти мощность потока воды, протекающей через плотину, если высота падения воды 25 м, а расход ее — 120 м3 в минуту.

Дано :

ρ = 1000 кг/м3

Решение :

Масса падающей воды: m = ρV ,

m = 1000 кг/м3 · 120 м3 = 120 000 кг (12 · 104 кг).

Сила тяжести, действующая на воду:

F = 9.8 м/с2 · 120 000 кг ≈ 1 200 000 Н (12 · 105 Н)

Работа, совершаемая потоком в минуту:

А — 1 200 000 Н · 25 м = 30 000 000 Дж (3 · 107 Дж).

Мощность потока: N = A/t,

N = 30 000 000 Дж / 60 с = 500 000 Вт = 0,5 МВт.

Ответ : N = 0.5 МВт.

Различные двигатели имеют мощности от сотых и десятых долей киловатта (двигатель электрической бритвы, швейной машины) до сотен тысяч киловатт (водяные и паровые турбины).

Таблица 5.

Мощность некоторых двигателей, кВт.

На каждом двигателе имеется табличка (паспорт двигателя), на которой указаны некоторые данные о двигателе, в том числе и его мощность.

Мощность человека при нормальный условиях работы в среднем равна 70-80 Вт. Совершая прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Вт, а в отдельных случаях и еще бóльшую.

Из формулы N = A/t следует, что

Чтобы вычислить работу, необходимо мощность умножить на время, в течение которого совершалась эта работа.

Пример. Двигатель комнатного вентилятора имеет мощность 35 Вт. Какую работу он совершает за 10 мин?

Запишем условие задачи и решим ее.

Дано :

Решение :

A = 35 Вт * 600с = 21 000 Вт* с = 21 000 Дж = 21 кДж.

Ответ A = 21 кДж.

Простые механизмы.

С незапамятных времен человек использует для совершения механической работы различные приспособления.

Каждому известно, что тяжелый предмет (камень, шкаф, станок), который невозможно сдвинуть руками, можно сдвинуть с помощью достаточно длинной палки — рычага.

На данный момент считается, что с помощью рычагов три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте передвигали и поднимали на большую высоту тяжелые каменные плиты.

Во многих случаях, вместо того, чтобы поднимать тяжелый груз на некоторую высоту, его можно вкатывать или втаскивать на ту же высоту по наклонной плоскости или поднимать с помощью блоков.

Приспособления, служащие для преобразования силы, называются механизмами .

К простым механизмам относятся: рычаги и его разновидности — блок, ворот; наклонная плоскость и ее разновидности — клин, винт . В большинстве случаев простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, т. е. увеличить силу, действующую на тело, в несколько раз.

Простые механизмы имеются и в бытовых, и во всех сложных заводских и фабричных машинах, которые режут, скручивают и штампуют большие листы стали или вытягивают тончайшие нити, из которых делаются потом ткани. Эти же механизмы можно обнаружить и в современных сложных автоматах, печатных и счетных машинах.

Рычаг. Равновесие сил на рычаге.

Рассмотрим самый простой и распространенный механизм — рычаг.

Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

На рисунках показано, как рабочий для поднятия груза в качестве рычага, использует лом. В первом случае рабочий с силой F нажимает на конец лома B , во втором — приподнимает конец B .

Рабочему нужно преодолеть вес груза P — силу, направленную вертикально вниз. Он поворачивает для этого лом вокруг оси, проходящей через единственную неподвижную точку лома — точку его опоры О . Сила F , с которой рабочий действует на рычаг, меньше силы P , таким образом, рабочий получает выигрыш в силе . При помощи рычага можно поднять такой тяжелый груз, который своими силами поднять нельзя.

На рисунке изображен рычаг, ось вращения которого О (точка опоры) расположена между точками приложения сил А и В . На другом рисунке показана схема этого рычага. Обе силы F 1 и F 2, действующие на рычаг, направлены в одну сторону.

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.

Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

Длина этого перпендикуляра и будет плечом данной силы. На рисунке показано, что ОА — плечо силы F 1; ОВ — плечо силы F 2 . Силы, действующие на рычаг могут повернуть его вокруг оси в двух направлениях: по ходу или против хода часовой стрелки. Так, сила F 1 вращает рычаг по ходу часовой стрелки, а сила F 2 вращает его против часовой стрелки.

Условие, при котором рычаг находится в равновесии под действием приложенных к нему сил, можно установить на опыте. При этом надо помнить, что результат действия силы, зависит не только от ее числового значения (модуля), но и от того, в какой точке она приложена к телу, или как направлена.

К рычагу (см рис.) по обе стороны от точки опоры подвешиваются различные грузы так, что каждый раз рычаг оставался в равновесии. Действующие на рычаг силы, равны весам этих грузов. Для каждого случая измеряются модули сил и их плечи. Из опыта изображенного на рисунке 154, видно, что сила 2 Н уравновешивает силу 4 Н . При этом, как видно из рисунка, плечо меньшей силы в 2 раза больше плеча большей силой.

На основании таких опытов было установлено условие (правило) равновесия рычага.

Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Это правило можно записать в виде формулы:

F 1/F 2 = l2/ l1 ,

где F 1 и F2 — силы, действующие на рычаг, l 1 и l2 , — плечи этих сил (см. рис.).

Правило равновесия рычага было установлено Архимедом около 287 — 212 гг. до н. э. (но ведь в прошлом параграфе говорилось, что рычаги использовались египтянами? Или тут важную роль играет слово «установлено»?)

Из этого правила следует, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага бóльшую силу. Пусть одно плечо рычага в 3 раза больше другого (см рис.). Тогда, прикладывая в точке В силу, например, в 400 Н, можно поднять камень весом 1200 Н. Что0бы поднять еще более тяжелый груз, нужно увеличить длину плеча рычага, на которое действует рабочий.

Пример . С помощью рычага рабочий поднимает плиту массой 240 кг (см рис. 149). Какую силу прикладывает он к большему плечу рычага, равному 2,4 м, если меньшее плечо равно 0,6 м?

Запишем условие задачи, и решим ее.

Дано :

Решение :

По правилу равновесия рычага F1/F2 = l2/l1, откуда F1 = F2 l2/l1, где F2 = Р — вес камня. Вес камня asd = gm, F = 9,8 Н · 240 кг ≈ 2400 Н

Тогда, F1 = 2400 Н · 0,6/2,4 = 600 Н.

Ответ : F1 = 600 Н.

В нашем примере рабочий преодолевает силу 2400 Н, прикладывая к рычагу силу 600 Н. Но при этом плечо, на которое действует рабочий, в 4 раза длиннее того, на которое действует вес камня (l 1 : l2 = 2,4 м: 0,6 м = 4).

Применяя правило рычага, можно меньшей силой уравновесить бóльшую силу. При этом плечо меньшей силы должно быть длиннее плеча большей силы.

Момент силы.

Вам уже известно правило равновесия рычага:

F 1 / F2 = l 2 / l1 ,

Пользуясь свойством пропорции (произведение ее крайних членов, равно произведению ее средних членов), запишем его в таком виде:

F 1l 1 = F2 l2 .

В левой части равенства стоит произведение силы F 1 на ее плечо l 1, а в правой — произведение силы F 2 на ее плечо l 2 .

Произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо называется моментом силы ; он обозначается буквой М. Значит,

Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающий его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки.

Это правило, называемое правилом моментов , можно записать в виде формулы:

М1 = М2

Действительно, в рассмотренном нами опыте, (§ 56) действующие силы были равны 2 Н и 4 Н, их плечи соответственно составляли 4 и 2 давления рычага, т. е. моменты этих сил одинаковы при равновесии рычага.

Момент силы, как и всякая физическая величина, может быть измерена. За единицу момента силы принимается момент силы в 1 Н, плечо которой ровно 1 м.

Эта единица называется ньютон-метр (Н · м ).

Момент силы характеризует действие силы, и показывает, что оно зависит одновременно и от модуля силы, и от ее плеча. Действительно, мы уже знаем, например, что действие силы на дверь зависит и от модуля силы, и от того, где приложена сила. Дверь тем легче повернуть, чем дальше от оси вращения приложена действующая на нее сила. Гайку, лучше отвернуть длинным гаечным ключом, чем коротким. Ведро тем легче поднять из колодца, чем длиннее ручка вóрота, и т. д.

Рычаги в технике, быту и природе.

Правило рычага (или правило моментов) лежит в основе действия различного рода инструментов и устройств, применяемых в технике и быту там, где требуется выигрыш в силе или в пути.

Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножницами. Ножницы — это рычаг (рис), ось вращения которого, происходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. Действующей силой F 1 является мускульная сила руки человека, сжимающего ножницы. Противодействующей силой F 2 — сила сопротивления такого материала, который режут ножницами. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. Конторские ножницы, предназначенные для резки бумаги, имеют длинные лезвия и почти такой же длины ручки. Для резки бумаги не требуется большой силы, а длинным лезвием удобнее резать по прямой линии. Ножницы для резки листового металла (рис.) имеют ручки гораздо длиннее лезвий, так как сила сопротивления металла велика и для ее уравновешивания плечо действующей силы приходится значительно увеличивать. Еще больше разница между длиной ручек и расстоянии режущей части и оси вращения в кусачках (рис.), предназначенных для перекусывания проволоки.

Рычаги различного вида имеются у многих машин. Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пианино — все это примеры рычагов, используемых в данных машинах и инструментах.

Примеры применения рычагов — это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного станка и т. д.

На принципе рычага основано действие и рычажных весов (рис.). Учебные весы, изображенные на рисунке 48 (с. 42), действуют как равноплечий рычаг . В десятичных весах плечо, к которому подвешена чашка с гирями, в 10 раз длиннее плеча, несущего груз. Это значительно упрощает взвешивание больших грузов. Взвешивая груз на десятичных весах, следует умножить массу гирь на 10.

Устройство весов для взвешивания грузовых вагонов автомобилей также основано на правиле рычага.

Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, руки, ноги, челюсти. Много рычагов можно найти в теле насекомых (прочитав книгу про насекомых и строение их тела), птиц, в строении растений.

Применение закона равновесия рычага к блоку.

Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускается веревка, трос или цепь.

Неподвижным блоком называется такой блок, ось которого закреплена, и при подъеме грузов не поднимается и не опускается (рис).

Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи сил равны радиусу колеса (рис): ОА = ОВ = r . Такой блок не дает выигрыша в силе. (F 1 = F 2), но позволяет менять направление действие силы. Подвижный блок — это блок. ось которого поднимается и опускается вместе с грузом (рис.). На рисунке показан соответствующий ему рычаг: О — точка опоры рычага, ОА — плечо силы Р и ОВ — плечо силы F . Так как плечо ОВ в 2 раза больше плеча ОА , то сила F в 2 раза меньше силы Р :

F = P/2 .

Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза .

Это можно доказать и пользуясь понятием момента силы. При равновесии блока моменты сил F и Р равны друг другу. Но плечо силы F в 2 раза больше плеча силы Р , а, значит, сама сила F в 2 раза меньше силы Р .

Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным (рис.). Неподвижный блок применяется только для удобства. Он не дает выигрыша в силе, но изменяет направление действия силы. Например, позволяет поднимать груз, стоя на земле. Это пригождается многим людям или рабочим. Тем не менее, он даёт выигрыш в силе в 2 раза больше обычного!

Равенство работ при использовании простых механизмов. «Золотое правило» механики.

Рассмотренные нами простые механизмы применяются при совершении работы в тех случаях, когда надо действием одной силы уравновесить другую силу.

Естественно, возникает вопрос: давая выигрыш в силе или пути, не дают ли простые механизмы выигрыша в работе? Ответ на поставленный вопрос можно получить из опыта.

Уравновесив на рычаге две какие-нибудь разные по модулю силы F 1 и F 2 (рис.), приводим рычаг в движение. При этом оказывается, что за одно и то же время точка приложения меньшей силы F 2 проходит больший путь s 2 , а точка приложения большей силы F 1 — меньший путь s 1. Измерив эти пути и модули сил, находим, что пути, пройденные точками приложения сил на рычаге, обратно пропорциональны силам:

s 1 / s 2 = F 2 / F 1.

Таким образом, действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути.

Произведение силы F на путь s есть работа. Наши опыты показывают, что работы, совершаемые силами, приложенными к рычагу, равны друг другу:

F 1 s 1 = F 2 s 2, т. е. А 1 = А 2.

Итак, при использовании рычага выигрыша в работе не получится.

Пользуясь рычагом, мы можем выиграть или в силе, или в расстоянии. Действуя же силой на короткое плечо рычага, мы выигрываем в расстоянии, но во столько же раз проигрываем в силе.

Существует легенда, что Архимед, восхищенный открытием правила рычага, воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!».

Конечно, Архимед не мог бы справиться с такой задачей, если бы даже ему и дали бы точку опоры (которая должна была бы быть вне Земли) и рычаг нужной длины.

Для подъема земли всего на 1 см длинное плечо рычага должно было бы описать дугу огромной длины. Для перемещения длинного конца рычага по этому пути, например, со скоростью 1 м/с, потребовались бы миллионы лет!

Не дает выигрыша в работе и неподвижный блок, в чем легко убедиться на опыте (см. рис.). Пути, проходимые точками приложения сил F и F , одинаковы, одинаковы и силы, а значит, одинаковы и работы.

Можно измерить и сравнить между собой работы, совершаемые с помощью подвижного блока. Чтобы при помощи подвижного блока поднять груз на высоту h, необходимо конец веревки, к которому прикреплен динамометр, как показывает опыт (рис.), переместить на высоту 2h.

Таким образом, получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, следовательно, и подвижный блок, на дает выигрыша в работе.

Многовековая практика показала, что ни один из механизмов не дает выигрыш в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или в пути.

Уже древним ученым было известно правило, применимое ко всем механизмом: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Это правило назвали «золотым правилом» механики.

Коэффициент полезного действия механизма.

Рассматривая устройство и действие рычага, мы не учитывали трение, а также вес рычага. в этих идеальных условиях работа, совершенная приложенной силой (эту работу мы будем называть полной ), равна полезной работе по подъему грузов или преодоления какого — либо сопротивления.

На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы.

Часть работы совершается против силы трения в механизме и по перемещению его отдельных частей. Так, применяя подвижный блок, приходится дополнительно совершать работу по подъему самого блока, веревки и по определению силы трения в оси блока.

Какой мы механизм мы не взяли, полезная работа, совершенная с его помощью, всегда составляет лишь часть полной работы. Значит, обозначив полезную работу буквой Ап, полную(затраченную) работу буквой Аз, можно записать:

Ап

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма.

Сокращенно коэффициент полезного действия обозначается КПД.

КПД = Ап / Аз.

КПД обычно выражается в процентах и обозначается греческой буквой η, читается он как «эта»:

η = Ап / Аз · 100%.

Пример : На коротком плече рычага подвешен груз массой 100 кг. Для его подъема к длинному плечу приложена сила 250 Н. Груз подняли на высоту h2 = 0,08 м, при этом точка приложения движущей силы опустилась на высоту h3 = 0,4 м. Найти КПД рычага.

Запишем условие задачи и решим ее.

Дано :

Решение :

η = Ап / Аз · 100%.

Полная (затраченная) работа Аз = Fh3.

Полезная работа Ап = Рh2

Р = 9,8 · 100 кг ≈ 1000 Н.

Ап = 1000 Н · 0,08 = 80 Дж.

Аз = 250 Н · 0,4 м = 100 Дж.

η = 80 Дж/100 Дж · 100% = 80%.

Ответ : η = 80%.

Но «золотое правило» выполняется и в этом случае. Часть полезной работы — 20% ее-расходуется на преодоление трения в оси рычага и сопротивления воздуха, а также на движение самого рычага.

КПД любого механизма всегда меньше 100%. Конструируя механизмы, люди стремятся увеличить их КПД. Для этого уменьшаются трение в осях механизмов и их вес.

Энергия.

На заводах и фабриках, станки и машины приводятся в движения с помощью электродвигателей, которые расходуют при этом электрическую энергию (отсюда и название).

Сжатая пружина (рис), распрямляясь, совершить работу, поднять на высоту груз, или заставить двигаться тележку. Поднятый над землей неподвижный груз не совершает работы, но если этот груз упадет, он может совершить работу (например, может забить в землю сваю). Способностью совершить работу обладает и всякое движущееся тело. Так, скатившийся с наклонной плоскости стальной шарик А (рис), ударившись о деревянный брусок В, передвигает его на некоторое расстояние. При этом совершается работа. Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел (система тел) могут совершить работу, говорится, что они обладают энергией. Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел). Энергия выражается в системе СИ в тех же единицах, что и работу, т. е. в джоулях . Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. При совершении работы энергия тел изменяется. Совершенная работа равна изменению энергии. Потенциальная и кинетическая энергия. Потенциальной (от лат. потенция — возможность) энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел и частей одного и того же тела. Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое относительно поверхности Земли, потому что энергия зависит от взаимного положения его и Земли. и их взаимного притяжения. Если считать потенциальную энергию тела, лежащего на Земле, равной нулю, то потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту, определится работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю. Обозначим потенциальную энергию тела Е п, поскольку Е = А , а работа, как мы знаем, равна произведению силы на путь, то А = Fh , где F — сила тяжести. Значит, и потенциальная энергия Еп равна: Е = Fh, или Е = gmh, где g — ускорение свободного падения, m — масса тела, h — высота, на которую поднято тело. Огромной потенциальной энергией обладает вода в реках, удерживаемая плотинами. Падая вниз, вода совершает работу, приводя в движение мощные турбины электростанций. Потенциальную энергию молота копра (рис.) используют в строительстве для совершению работы по забиванию свай. Открывая дверь с пружиной, совершается работа по растяжению (или сжатию) пружины. За счет приобретенной энергии пружина, сокращаясь (или распрямляясь), совершает работу, закрывая дверь. Энергию сжатых и раскрученных пружин используют, например, в ручных часах, разнообразных заводных игрушках и пр. Потенциальной энергией обладает всякое упругое деформированное тело. Потенциальную энергию сжатого газа используют в работе тепловых двигателей, в отбойных молотках, которые широко применяют в горной промышленности, при строительстве дорог, выемке твердого грунта и т. д. Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической (от греч. кинема — движение) энергией. Кинетическая энергия тела обозначается буквой Е к. Движущаяся вода, приводя во вращение турбины гидроэлектростанций, расходует свою кинетическую энергию и совершает работу. Кинетической энергией обладает и движущийся воздух — ветер. От чего зависит кинетическая энергия? Обратимся к опыту (см. рис.). Если скатывать шарик А с разных высот, то можно заметить, что чем с большей высоты скатывается шарик, тем больше его скорость и тем дальше он продвигает брусок, т.2 /2, где m — масса тела, v — скорость движения тела. Кинетическую энергию тел используют в технике. Удерживаемая плотиной вода обладает, как было уже сказано, большой потенциальной энергией. При падении с плотины вода движется и имеет такую же большую кинетическую энергию. Она приводит в движение турбину, соединенную с генератором электрического тока. За счет кинетической энергии воды вырабатывается электрическая энергия. Энергия движущейся воды имеет большое значение в народном хозяйстве. Эту энергию используют с помощью мощных гидроэлектростанций. Энергия падающей воды является экологически чистым источником энергии в отличие от энергии топлива. Все тела в природе относительно условного нулевого значения обладают либо потенциальной, либо кинетической энергией, а иногда той и другой вместе. Например, летящий самолет обладает относительно Земли и кинетической и потенциальной энергией. Мы познакомились с двумя видами механической энергии. Иные виды энергии (электрическая, внутренняя и др.) будут рассмотрены в других разделах курса физики. Превращение одного вида механической энергии в другой. Явление превращения одного вида механической энергии в другой очень удобно наблюдать на приборе, изображенном на рисунке. Накручивая на ось нить, поднимают диск прибора. Диск, поднятый вверх, обладает некоторой потенциальной энергией. Если его отпустить, то он, вращаясь, начнет падать. По мере падения потенциальная энергия диска уменьшается, но вместе с тем возрастает его кинетическая энергия. В конце падения диск обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять подняться почти до прежней высоты. (Часть энергии расходуется на работу против силы трения, поэтому диск не достигает первоначальной высоты.) Поднявшись вверх, диск снова падает, а затем снова поднимается. В этом опыте при движении диска вниз его потенциальная энергия превращается в кинетическую, а при движении вверх кинетическая превращается в потенциальную. Превращение энергии из одного вида в другой происходит также при ударе двух каких-нибудь упругих тел, например резинового мяча о пол или стального шарика о стальную плиту. Если поднять над стальной плитой стальной шарик (рис) и выпустить его из рук, он будет падать. По мере падения шарика его потенциальная энергия убывает, а кинетическая растет, так как увеличивается скорость движения шарика. При ударе шарика о плиту произойдет сжатие как шарика, так и плиты. Кинетическая энергия, которой шарик обладал, превратится в потенциальную энергию сжатой плиты и сжатого шарика. Затем благодаря действию упругих сил плита и шарик, примут свою первоначальную форму. Шарик отскочит от плиты, а их потенциальная энергия вновь превратится в кинетическую энергию шарика: шарик отскочит вверх со скоростью, почти равной скорости, которой обладал в момент удара о плиту. При подъеме вверх скорость шарика, а значит, и его кинетическая энергия уменьшаются, потенциальная энергия увеличивается. отскочив от плиты, шарик поднимается почти до той же высоты, с которой начал падать. В верхней точке подъема вся его кинетическая энергия вновь превратится в потенциальную. Явления природы обычно сопровождается превращением одного вида энергии в другой. Энергия может и передаваться от одного тела к другому. Так, например, при стрельбе из лука потенциальная энергия натянутой тетивы переходит в кинетическую энергию летящей стрелы.

План урока по физике для 7 класса по теме «Механическая работа.Мощность»

Ир. Учащиеся на странице учебника 128-129 читают текст и выполняют задание, продолжи предложение: работа есть…,она измеряется в ….

Обратная связь учитель-ученик: проговаривание определения механической работы,(несколькими учащимися и вместе всем классом)

Самооценивание: запись в тетрадях определения, формула и единица измерения механической работы.(несколько учащихся у доски)

Д ескрипторы: +/-

-сказал определение механической работы

-записал формулу механической работы

-записал единицу измерения механической работы

-перевел единицы измерения кДж,МДж в Дж.

Пр.учащиеся смотрят видео урок и выполняют задание, найдите соотношение величин входящих в определение мощности и её единицы измерения.

Обратная связь учитель-ученик: проговаривание определения мощности, (несколькими учащимися и вместе всем классом).

Взаимооценивание: запись в тетрадях определения, формулы и единицы измерения мощности и её перевод.

Д ескрипторы: +/-

-сказал определение мощности

-записал формулу мощности

-записал единицу измерения мощности

-перевёл из кВт, МВт в Вт

Гр.Из формулы работы вывести формулу:1группа-.определения силы, 2 группа-перемещения,3группа- из формулы мощности вывести формулу работы.

Гр.Составить магический треугольник по формулам работы и мощности.(слабым предлагается алгоритм составления магического треугольника)

Гр.В каких случаях выполняется работа и почему?(игра :»Да»,»Нет»)

(слабые ответы:»Да»,»Нет»,а сильные отвечают на вопрос: Почему?)

Гр.Привести примеры из повседневной жизни механической работы и мощности.(3-4)

Оценивание ученик-ученик

Дескрипторы:

— вывел неизвестные величины из формул -/+ механической работы и мощности;

-составил магический треугольник

-называет условия выполнения механической

работы;

— объясняет условия выполнения механической

работы

-знает понятие инерция

-приводит примеры механической работы и мощности в повседневной жизни (3-4).

Проговаривание вслух на английском языке всем классом: Mechanical work

Power

Joule

Watt

Проговаривание вслух на казахском языке всем классом:

Механикалык жумыс

Куаты

Джоуль

Ватт

запись в словари

Конспект урока физики для 7 класса «Мощность.Единицы мощности» | План-конспект урока (7 класс) на тему:

Конспект урока по физике на тему «Мощность. Единицы мощности»

Хабиров Р.А.

МБОУ «СШ№25»

 г. Нижневартовск

Класс – 7

Цель занятия:Познакомить учащихся с мощностью как физической величиной, вывести формулу для её вычисления,усвоить связь между мощностью и работой, ввести единицу измерения мощности.

Задачи занятия:

Образовательные:

-Формирование у учащихся научного понятия мощность;

— осмысление практической значимости, полезности приобретаемых знаний и умений;

-Закрепление умения учащихся работать с учебной литературой, таблицами;

Развивающие:

-Развитие познавательных умений: составление плана, наблюдение, привитие устойчивого интерес к предмету;

— Развитие мышления учащихся в результате логических учебных действий;

-Формирование умения анализировать новую информацию, выделять главное, делать выводы, видеть связи между физическими величинами;

-Развитие умения правильно высказывать мысли, опираясь на изученный материал, решать тренировочные задачи.

Воспитательные:

— Способствовать развитию умения анализировать свою деятельность и деятельность своих товарищей;

-Воспитаниепотребности у учащихся применять знания, полученные на уроках, уважительного отношения друг к другу, инициативности, уверенности в своих силах;

-Создание условий для повышения интереса к изучаемому материалу.

Тип урока: открытие новых знаний.

Форма урока — фронтальная, групповая, индивидуальная.

Оборудование: Компьютер, проектор, интерактивная доска, дидактический материал.

Используемые методы обучения:проблемный,  аналитический, сравнительный.

Планируемые образовательные результаты:

Личностные: развитие самостоятельности в приобретении новых знаний и практических умений; развитие у обучающихся умения оценивать результаты своей собственной деятельности.

Предметные: расширение представлений у обучающихся о механической работе, формирование нового физического понятия мощность.

Основные термины, понятия: Механическая работа, мощность, единицы мощности, лошадиная сила.

План проведения урока:

Этапы урока	Временная реализация
Организационный момент	1-2 мин.
Актуализация знаний	6мин.
Изучение нового материала	16 мин.
Первичная проверка понимания	5-6 мин
Первичное закрепление	9-10мин
6.  Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению	4мин
7.       Домашнее задание	1 мин.

Этапы урока

I. Организационный момент.

Проверка готовности к уроку. Вступительное слово учителя: Тема нашего урока: «Мощность. Единицы мощности». Сегодня мы познакомимся сновой физической величиной,узнаем, что она характеризует, как её обозначают, в каких единицах измеряется. Эта тема расширит наши знания предыдущейважной для всей физики темы: «Механическая работа».

II. Актуализация знаний.

Повторение (фронтальный опрос).Этап подготовки к активной деятельности на основном этапе.

Фронтальная беседа по вопросам:

1.Что означает понятие работа в физике? Приведите примеры механической работы.

2.Какие два условия необходимы для совершения работы?

3.От каких двух величин и как зависит совершённая работа?

4.По какой формуле вычисляют механическую работу?

5.Что принимают за единицу работы? Дайте определение работы 1 Дж.

6.Какие ещё единицы работы используют на практике?

7.Когда совершается положительная работа?(если направление силы совпадает с направлением движения тела)

8.Когда приложенная сила совершает отрицательную работу? Приведите примеры. (если движение тела происходит в направлении, противоположном направлению силы, например, силы трения скольжения)

        В целях подготовки обучающихся к восприятию нового учебного материала разбираем следующие вопросы:

8. Какие физические величины называют векторными? Как их обозначают? Приведите примеры векторныхвеличин. (скорость, сила, вес)

9. Какие физические величины называют скалярными? Как их обозначают? Приведите примеры векторных величин. (путь, масса тела, время, плотность и др.)

10. По какой формуле вычисляют скорость? Что она характеризует?

III. Изучение нового материала.

Создание проблемной ситуации.

Рассмотрим пример №1

Допустим  надо на 10-й этаж дома поднять мешок цемента. Используя лифт,мы можем выполнить эту работу за несколько секунд.Однако человек, не используя возможности лифта, сгибаясь под тяжестью мешка с цементом, самостоятельно подниметсяна 10-й этаж по лестнице уже за несколько минут. В этихдвух случаях будет выполнена одна и та же работа, но за разное время. Почему же лифт делает её быстрее?

Пример №2

Один гектар земли лошадь может вспахать за 10-12 часов. Трактор К-700, оборудованный многолемешным плугом выполнит эту же работу за 40-50 минут. Почему же трактор выполняет её быстрее?

Пример №3

Большегрузный самосвал за один рейс завезёт на строительный участок 5 тонн гравия, а легковой автомобиль с прицепом выполнит эту же работу за 5-6 рейсов. Почему самосвал справляется с этой работой быстрее?

 Какой делаем вывод из этих примеров?

Вывод: на совершение одинаковой работы требуется различное время(большее или меньшее).

Следовательно,необходимо, ввести новую физическую величину, которая характеризовала бы быстроту выполнения работы. Это величина в физике и называется мощностью и обозначается буквой N.

Согласно определению,мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена т.е.

N = , где N – мощность, A — работа, t –время выполнения работы.

Таким образом, новая физическая величина характеризует быстродействие работы, является по сути скоростью выполнения работы.

Запомним. Работа — скалярная величина!

В каких же единицах измеряют мощность? Единица измерения мощности в системе «СИ» -1Вт (ватт). Так она названа в честьанглийского учёного Джеймса Уатта, создателя первой универсальной паровой машины.За единицу мощности принимают такую мощность, при которой в 1 с совершается работа в 1 Дж.

1 ватт = , или 1 Вт = 1 .

В технике широкоиспользуют дольные и кратные единицы мощности: милливатт (мВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).

1 мВт = 0,001 Вт                                               1 Вт = 0.000 001 МВт

1 кВт=1000 Вт                                                  1Вт = 0,001 кВт

1 МВт= 1 000 000 Вт                                        1 Вт = 1000 Вт

Часто в техпаспорте автомобиля мощность двигателя автомобиля указывают в лошадиных силах (л.с), причём в России и европейских странах:

1. л.с. = 735,5 Вт.

Лошадиная сила является внесистемной единицей мощности.

Формулу для мощности N = можно видоизменить. Если работу А заменим А= FS, то получим N =  .  Вспомним, что скорость v =  , тогда получим другую форму вычисления мощности A = F*V

IV. Первичная проверка понимания.

Задача №1 Мощность человека при нормальных условиях в среднем 80 Вт. Какую работу совершает человек, поднимаясь равномерно на   свой этаж дома за 1 минуту?

Задача №2 Используя таблицу № 5 на стр.168 вашего учебника переведите мощность двигателя автомобиля «Волга» в лошадиные силы.

Задача №3 Вертолет Ми-8 за 10с выполнил работу равную 22 МДж. Найдите мощность вертолета. (Сравните полученный ответ с таблицей № 5)

Задача №4  Заполните представленную таблицу мощностей:

Виды транспортных средств	Мощность
	кВт	л.с
Мопед «Альфа»	?	7
Мотоцикл «Минск D4 125»	?	10,5
Трактор ДТ-75	75	?
Трактор «К-700»	220	?

V. Первичное закрепление.

1.Чему равна мощность? Формула для её вычисления. Единица мощности.

2.Для чего в физику введена новая физическая величина?

1) Разбор примера задачи из учебника на стр.167. Найти мощность потока воды, протекающей через плотину, если высота падения воды 25 м, а расход её 120 м3 в минуту.

Дано	Решение
h = 25 м V= 120 м3  =1000 3 g = 9,8 кг	m = V – масса падающей воды,      m =? (самостоятельно) F= gm,        F =? (вычисляем самостоятельно) A = Fh – работа, совершаемая потоком воды за одну минуту. A=? (вычисляем самостоятельно) Мощность потока: N = ;              N =? (самостоятельно)
N -?	Ответ: N=

Пример № 2. Насос поднимает воду массой 30 кг из подвала на второй этаж (7 м) за 10 мин. Вычислите мощность.

Дано	CИ	Решение
m = 30 кг h = 7 м t = 10 мин. g =9,8 кг	600 с	N  = ;   но  А=F·S = F·h ;  где F=gm, поэтому A = m gh, то естьN = N =? (вычисляем самостоятельно)
N -?		Ответ: N= ?

Пример № 3 (№722 изсборника задач по физике для 7-9 классов Лукашик В.И. на стр.95

Дано	CИ	Решение
V = 27 N = 150 кВт	7,5 150 000	27  =  = 7,5; N  =  отсюда  F =   ;   F =? (вычисляем самостоятельно)
F-?		Ответ: F= ?

Далее учащимся предлагается выполнить самостоятельную работу по вариантам:

(приложение № 1)

VI. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

Дома: § 56, повторить § 55, Упр. 31 № 1-5; задачи № 721-723,724,желающим подготовитьсообщения   о Джеймсе Уатте и Джеймсе Джоуле, об историивозникновения лошадиной силы.

VII. Рефлексия

Подведение итогов

1.Какова была тема урока?

2.Какая проблема урока решена нами?

3.Что нового вы узнали на уроке?

4.Что вызвало затруднение? Что осталось непонятным? Что заинтересовало?

5.Анализ и оценка успешности достижения целей урока.

6. Выставление оценок за работу на уроке.

Мне урок понравился
Тема урока меня заинтересовала, и я постараюсь найти дополнительный материал
Урок был понятным
На уроке было скучно
На уроке я ничего не понял.

Список использованной литературы:

1. Перышкин А. В. Физика. 7 класс: Учебник для образовательных учреждений. – 2-е изд. – М.: Дрофа, 2013 г.

2.Задачник «Сборник задач по физике для 7-9 классов» Лукашик В.И., Иванова Е.В., 17-е изд., М.: «Просвещение», 2011г.

3.http://www.fizika.ru — электронные учебники по физике.

4.http://class-fizika.narod.ru- интересные материалы к урокам физики по темам; тесты по темам; наглядные м/м пособия к урокам.

5. А. Е. Марон, Е. А. Марон Опорные конспекты и разноуровневые задания. К учебнику для общеобразовательных учебных заведений А. В. Перышкин «Физика. 7 класс» Санкт-Петербург 2009.

Приложение №1

Самостоятельная работа по теме: «Работа. Мощность»

Вариант -1
1. Плита железобетонного покрытия поднимается на высоту 6 м, и при этом совершается работа 108 кДж. Определите массу плиты.
2. Автокран поднял груз массой 2,5 т, совершив при этом работу 20 кДж. Определите высоту, на которую был поднят груз.
3. Лошадь тянет телегу, прилагая усилие 350 Н, и совершает за 1 минуту работу в 42 кДж. С какой скоростью движется лошадь?
4. Какую среднюю мощность развивает человек, поднимающий ведро воды массой 12 кг из колодца глубиной 10 м за 15 с?
5. Двигатель подъемной машины имеет мощность 4 кВт. Какой массы груз она может поднять на высоту 15 м за 2 мин?
6. Определите мощность ракеты в конце разгона, если достигнутая скорость 8 км/с, а сила тяги двигателей 300 кН.

Вариант -2

1. При подъеме из шахты, нагруженной углем бадьи массой 10,5 т произведена работа в 6400 кДж. Какова глубина шахты?

2. Определите работу, совершаемую насосом за 2 часа, если за 1 с он поднимает 10 л воды на высоту 2 м.

3. Определите, какая работа совершается при подъеме стальной балки длиной 50 дм и сечением 50 см2 на высоту 20 м?

4. Напорный бак водопровода находится на высоте 8 м над уровнем земли и вмещает 95 м3 воды. Рассчитайте работу, совершаемую насосом при заполнении этого бака, если подача воды производится из колодца глубиной 12 м?

5. Атомный ледокол, развивая среднюю мощность 32400 кВт, прошел во льдах 20 км за 5 ч. Определите среднюю силу сопротивления движению ледокола.

6. Определите мощность, которую должен развивать двигатель насоса, чтобы поднимать из колодца глубиной 15 м 1800 л воды в час?

§3.4. Работа силы. Мощность.

Поступательное движение (м.т.)

Пусть под действием постоянной силы F тело прошло путьDs в направлении линии действия силы, тогдаработа силы по определению:

A= FDs (3.4.1)

Если перемещение и сила направлены под углом друг к другу (рис.11), то

A= FDs cosa =F_sDs (3.4.2)

F_s– проекция силы на направление перемещения, иногда ее называют движущей силой. Работа — скалярная величина:A>0 при условии 0£a<90⁰;A<0 приp/2a£p;A = 0 приa=p/2, т.е. сила, направленная перпендикулярно перемещению, работу не совершает. В СИ работа измеряется в джоулях (Дж): 1 Дж = 1Н^. 1с.

Если во время движения сила, а также угол aизменяются (сила переменная, траектория криволинейная), то поступают так. Разбивают путь на сумму столь малых (элементарных) участковds, на каждом из которых сила и угол ее наклона еще не успели заметно измениться, вычисляют работу на таком элементарном участке:dA =F_sds, а затем суммируют все элементарные работы.Формула работы переменной силы при перемещении тела из точки с координатойs₁в точку с координатойs₂::

(3.4.3)

Отметим, что силаи перемещение- векторы, и||=ds, так что в формуле (2.4.3) можно использовать скалярное произведение этих векторов:F_sds=. Напомним геометрический смысл определенного интеграла – это площадь, заштрихованная на рис. 12. Работа при перемещении по траектории складывается из элементарных работ на элементарных участках траектории, каждому из которых соответствует определенное состояние тела. Любое изменение состояния называется процессом, и работа — характеристика процесса.

Мощность N – интенсивность совершения работы.Средняя мощность

<N>= (3.4..4)

Здесь A– работа, совершенная за времяt. В СИ мощность измеряют в ваттах (Вт): 1Вт=1Дж/1с. На технических устройствах указывают их среднюю мощность, которая реализуется при их работе.Мгновенная мощностьзависит от скорости движения и равна:

N= (3.4.5)

Из формулы (3.4.5) следует, что мгновенная мощность мотора автомобиля при разгоне растет даже при неизменной силе тяги мотора.

Вращательное движение

При вращении тела работу совершает момент силы. Формула работыпри вращении тела под действием момента силыМиз начального положения с угловой координатойj₁ в конечное положение с угловой координатойj₂ принимает вид:

(3.4.6)

Для постоянного момента силы:

A=MDj (3.4.7)

Мощность при вращении:

(3.4.8)

§ 3.5. Механическая энергия.

Энергия – важная характеристика состояния тела, и она широко используется не только в физике, но и во всех других областях жизни. Энергия – физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу. Механика рассматривает два вида энергии – кинетическую и потенциальную. Их сумма образует полную механическую энергию тела. Энергия тела уменьшается, когда тело совершает работу против внешних сил, и увеличивается, когда внешние силы совершает работу над телом. Работа – это способ изменения энергии тела, передачи энергии от одного тела к другому. Энергия и работа имеют одинаковую единицу измерения. Мы отмечали, что работа сопровождается изменением состояния тела, она – характеристика процесса. Энергия определяется состоянием тела, ее называют функцией состояния. При переходе тела из одного состояния в другое разность его энергий в конечном и начальном состояниях называют изменением энергии. Свойство функции состояния – ее изменение одинаково для любых процессов, связывающих эти два состояния.

Физика мощности — Как обсудить

Энергетическая физика

Какой пример силы в физике? В физике мощность — это скорость передачи, использования или преобразования энергии. Например, скорость, с которой лампочка преобразует электрическую энергию в тепло и свет, измеряется в ваттах.

Какое определение мощности согласно физике?

В физике мощность — это количество энергии, переданное или преобразованное за единицу времени.В международной системе единицей мощности является ватт, что соответствует одному джоулю в секунду. В более ранних произведениях власть иногда упоминается как деятельность.

Какая сила зависит от физики?

Мощность — это скалярная величина. Это зависит не только от общего объема проделанной работы, но и от того, сколько времени потребуется на ее выполнение. Чем меньше времени вы тратите на конкретную задачу, тем выше ваша продуктивность. Мощность — это скорость выполнения работы или передачи энергии за единицу времени.

Какая формула мощности в физике?

Уравнение мощности: P = Вт / т. P означает мощность (в ваттах), W означает выполненную работу (в джоулях) или потребленную энергию (в джоулях), t означает время (в секундах).

Как вы рассчитываете мощность в физике?

В физике силу можно рассчитать, исходя из силы и скорости. Поскольку работа равна силе, умноженной на расстояние, вы можете записать уравнение для мощности следующим образом, предполагая, что сила в направлении движения равна: где s — пройденное расстояние.Однако скорость объекта v делится только на s, деленное на t, поэтому уравнение делится.

Какая формула для расчета мощности?

Мощность часто обозначается как (Вт) и измеряется в ваттах. Общая формула для мощности: W = V x I или W = I 2 x R или W = V 2 / R. Другие основные формулы для мощности: I = W / V или I = (W / R) 2.

Какова формула силы?

Единица измерения электрической мощности — ватты. Он рассчитывается следующим образом: Мощность = Ток * Напряжение {\\ displaystyle {\ ext {Power}} = {\ ext {Current}} * {\ ext {Voltage}}} P = IE {\\ displaystyle P = IE} .

Пример определения силы в физике

В физике сила — это скорость, с которой выполняется работа. Например, представьте, что трое мужчин пробегают одинаковую дистанцию, но финишируют с разным интервалом. Время для мужчин A, B и C — 6, 8 и 10 секунд соответственно.

Какие единицы мощности в физике?

В физике мощность — это скорость работы или теплопередачи, количество энергии, переданной или преобразованной за единицу времени.Поскольку у него нет направления, это скаляр.

Каковы измерения силы в физике?

Измерение силы — это энергия, разделенная на время. В системе СИ единица измерения мощности — ватт (Вт), что соответствует одному джоуля в секунду.

Какая тренировка лучше всего подходит для верхней части тела?

Упражнения для верхней части тела включают отжимания, подтягивания, подтягивания и отжимания. Улучшите тренировку груди и бицепсов, выполняя четыре подхода по 15-20 повторений в упражнении. Выпады и приседания — популярные упражнения для нижней части тела, в то время как приседания и скручивания укрепляют корпус.

Что такое тренировка на скорость?

Таким образом, скоростная тренировка — это тип физических упражнений, направленных на улучшение способности двигаться в одном направлении как можно быстрее. В сочетании с другими типами тренировок скоростная тренировка обычно может включать в себя спринт и другие виды тренировок, которые пытаются двигаться от точки к точке и в одном направлении как можно быстрее.

Что такое лестничные упражнения?

Статьи по теме.Лестничная тренировка — это метод силовых и атлетических тренировок, при котором вы выполняете одно или несколько упражнений с повторением траектории вверх и вниз. Лестница — это упражнения для укрепления мышц и кондиционирования, которые помогут вам увеличить общий объем, сохраняя при этом правильную форму и технику.

Какой пример мощности в физике?

Мощность — это скалярная величина. Мощность связана с другими величинами, например, мощность, необходимая для приведения в движение наземного транспортного средства, является произведением тягового усилия на колесах и скорости транспортного средства.Выходная мощность двигателя — это произведение крутящего момента, создаваемого двигателем, и угловой скорости выходного вала.

Какие силовые упражнения самые лучшие?

Силовые упражнения часто называют плиометрикой и могут включать отжимания, приседания, броски и повороты набивного мяча, а также различные типы прыжков. Эти упражнения могут быть довольно утомительными, и их лучше выполнять с партнером или наблюдателем. Силовые упражнения на нижнюю часть тела включают приседания и прыжки.

Что такое тренировка на верхнюю мощность?

Эта тренировка для верхней части тела направлена ​​на развитие силы и мощности с помощью традиционных и уникальных упражнений для груди, спины, плеч и рук.Тренировка включает силовые упражнения с гирями (хотя вы всегда можете заменить гантели, если у вас их нет).

Что такое взрывное упражнение?

Взрывная тренировка — это любое упражнение, направленное на получение большей взрывной мощности или ядерной энергии. Цель взрывных упражнений — создать быстрые и мощные движения. Этот тип упражнений более известен как плиометрика.

Что является примером силы в викторине по физике

Скорость, с которой выполняется работа, или скорость, с которой каким-то образом передается энергия.Достижение = работа / временной интервал. Отличная работа! Вы только что закончили 16 семестров! Теперь улучшите свою обучающую игру с помощью обучающего режима.

В чем разница между работой и мощностью?

Мощность и частота вращения мощного двигателя превосходны по сравнению с менее мощными двигателями. Различайте работу и власть. Работа — это сила, которая действует на объект, когда он перемещается на определенное расстояние параллельно силе. Продуктивность — это работа, проделанная за определенный период времени.

Что больше работы или мощности в моторе?

Работа — это сила, которая действует на объект, когда он перемещается на определенное расстояние параллельно силе.Продуктивность — это работа, проделанная за определенный период времени. Какой двигатель работает одновременно с двигателем более 10 кВт или двигателем 20 кВт?

Почему для достижения вершины требуется такое же количество энергии?

Предполагая, что механическая энергия сохраняется, для достижения пика в обоих случаях требуется одинаковое количество энергии. Поскольку необходимо проделать ту же работу, более длинный маршрут требует больше времени и, следовательно, меньше энергии.

Какие бывают виды энергии и их определения?

Энергия существует во многих формах, таких как тепло, кинетическая или механическая энергия, свет, потенциальная энергия и электрическая энергия.Тепло Тепло или тепловая энергия — это энергия движения атомов или молекул. Его можно рассматривать как энергию, зависящую от температуры.

Какие есть примеры источников энергии?

Примерами первичных источников энергии являются энергия ветра, солнечная энергия, дрова, ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть, природный газ и уран. Вторичные ресурсы — это электричество, водород или другое синтетическое топливо.

Какие четыре основных вида энергии?

Хотя существует много определенных типов энергии, две основные формы — это кинетическая энергия и потенциальная энергия.Кинетическая энергия — это энергия движущихся объектов или масс. Пример — энергия ветра. Молекулы газа в воздухе движутся и передают им кинетическую энергию.

Пример мощности в науке

Мощность связана с другими величинами, например, мощность, необходимая для приведения в движение наземного транспортного средства, является произведением тягового усилия на колесах и скорости транспортного средства. Выходная мощность двигателя — это произведение крутящего момента, создаваемого двигателем, и угловой скорости выходного вала.

Что означает власть в науке?

Мощность в науке и технике — это скорость работы или производства энергии, выраженная как выполненная работа (Вт) или переданная энергия, деленная на интервал времени t — или Вт / т. Определенный объем работы может выполняться с помощью двигателя малой мощности в течение длительного времени или двигателя высокой мощности в течение короткого времени.

Кто сказал, что «политология — это наука о власти»?

Макьявалли считается первым могущественным мыслителем. Чарльз Мария объяснил различные аспекты власти в современной политологии.Кэтлин рассматривала политологию как науку о власти. Он писал: Политика — одно из тех конкурентных полей, где люди постоянно борются за власть.

Какова физическая формула мощности?

В физике мощность может быть определена как отношение силы, умноженное на смещение, умноженное на необходимое время. Поскольку расстояние в единицу времени — это скорость, его также можно вычислить, умножив силу на скорость. В системе СИ единица измерения мощности — ватты или джоули в секунду. Формула: мощность (P) = сила (F) x скорость (V).

Каково определение мощности согласно физике для детей

В физике мощность используется для описания скорости потребления энергии. Другими словами, это показатель того, насколько быстро вы используете энергию. Поднимитесь ли вы по лестнице за 5 секунд или медленно подниметесь по той же лестнице за 40 секунд, вы делаете один и тот же объем работы. Однако они делают это в другом темпе.

Что такое мощность

Идеальная производительность. Ideal Power изобрела, запатентовала и продала новую революционную технологию, которая значительно улучшает вес, размер, стоимость, эффективность и надежность электронных преобразователей энергии, побуждая их использовать современную энергию.

Что означают люди у власти?

Сильные люди склонны к решительным действиям. В простом эксперименте было показано, что люди, которые чувствуют себя сильными, с большей вероятностью выключат надоедливый вентилятор, который жужжит в комнате. Власть снижает осведомленность о принуждении и заставляет людей действовать быстрее.

Что означает термин власть?

В социальных науках и политике власть — это способность человека влиять на действия, убеждения или поведение (поведение) других.Термин власть часто используется для обозначения власти, которая рассматривает ткань общества как легитимную, которую не следует путать с авторитаризмом.

Что означает слово силы?

Power word (имя существительное) Слово, которое часто вызывает положительный или отрицательный эмоциональный отклик целевой аудитории, приводя к желаемому результату.

Какова формула выходной мощности?

Производительность — это скорость, с которой работа выполняется с течением времени. Основная формула для определения мощности: Power = WorkTime {\ displaystyle {\ ext {Power}} = {\ frac {\ ext {Work}} {\ ext {Time}}}}.Представьте себе шлакоблок весом 100 фунтов.

От чего зависит мощность от физического среднего значения

Выход зависит от размера выборки. При прочих равных условиях больший размер выборки приводит к более высокой селективности. Пример и подробности. 2. Способность к распространению также зависит от разброса: чем меньше разброс, тем больше мощность.

Что мощность зависит от определения физики

В физике мощность — это количество энергии, переданное или преобразованное за единицу времени.В международной системе единицей мощности является ватт, что соответствует одному джоулю в секунду. В более ранних произведениях власть иногда упоминается как деятельность. Мощность — это скалярная величина.

Что мощность зависит от уравнения физики

Уравнение мощности: P = Вт / t P означает мощность (в ваттах) W означает выполненную работу (в джоулях) или потребленную энергию (в джоулях) t означает время (в секундах).

Какие символы энергии в физике?

Механическое обозначение Обозначение количества Единица СИ E Энергия, полная энергия Дж Джоуль K, Kt, Kr Кинетическая энергия (перемещение, вращениеa.

График зависимости мощности от физики

В физике мощность — это скорость, с которой выполняется работа или энергия передается с течением времени. Он выше, если работа выполняется быстрее, ниже, если работа выполняется медленнее.

Как в расчетах измеряются единицы мощности?

1 Расчет мощности. Математически производительность — это результат работы, проделанной с течением времени. 2 блока питания. Мощность измеряется в энергии (джоулях), деленной на время. 3 работы и ■■■■■■■■■. Когда вы проходите милю, ваше тело движется по инерции, которая измеряется после того, как работа сделана.4 Средняя производительность. 5 Немедленно ■■■■■■■■■.

Как рассчитывается темп работы по физике?

Производительность — это скорость выполнения работы. Это соотношение работы / времени. Математически он рассчитывается с использованием следующего уравнения. Производительность = работа / время.

Что происходит с электроэнергией, когда работа выполняется быстрее?

Чем быстрее работа выполняется, тем выше ее производительность. Если работа будет выполняться медленнее, производительность будет ниже. Поскольку работа — это сила, умноженная на смещение (W = F * d), а скорость — это смещение во времени (v = d / t), мощность равна силе, умноженной на скорость: P = F * v.

Какой расчет определит мощность?

Производительность — это скорость выполнения работы. Это относится к энергии, используемой для измерения работы. Мощность может быть рассчитана из отношения мощность = работа / время и обычно измеряется в ваттах (1 ватт = 1 джоуль в секунду).

Какова формула физики?

Пожалуй, самые известные физические уравнения относятся к энергии: E = mc 2. В этом уравнении E представляет энергию, m представляет массу, а c представляет скорость света в вакууме (около 186 000 миль / сек или 3×108 метров. ).. / Second Это уравнение было разработано ученым Альбертом Эйнштейном.

В какой единице измеряется мощность?

Пояснение: Ватт (Вт) — это единица измерения мощности в системе СИ. Он исходит из базовых единиц СИ. Скорость — это скорость, с которой движется объект.

Какова формула мощности в физике?

Мощность обычно рассчитывается по следующей формуле: P = ΔE / t ΔE обозначает изменение энергии или изменение работы. t обозначает время, измеряемое в секундах.

Какова формула мощности в викторине по физике

В физике мощность используется для описания скорости потребления энергии. Другими словами, это показатель того, насколько быстро вы используете энергию. Уравнение, описывающее производительность: производительность = работа ÷ время.

Какова формула средней мощности?

Средняя мощность = энергия / время. Энергия = \\ int {F dx}, где F мощность.

Какова формула мощности в листе физики

Производительность = работа / время.

Какова формула мощности в примерах физики

Производительность — это скорость, с которой выполняется работа. Это соотношение работы / времени. Математически он рассчитывается с использованием следующего уравнения. Мощность = работа / время или P = Вт / т. Стандартная метрическая единица измерения мощности — ватты. Как ясно из уравнения мощности, единица мощности равна единице работы, деленной на единицу времени.

Как записывается уравнение мощности в физике?

Когда дело доходит до обучения физике, вы обязательно столкнетесь с проблемами с мощностью, т.е.е. ВРЕМЯ. объем работы, выполненной за данный момент времени. Вот уравнение мощности, P: W равно силе в направлении пройденного расстояния, поэтому вы можете записать уравнение мощности следующим образом:

Как мощность объекта связана с его скоростью?

С другой стороны, скорость объекта v равна только s / t (изменение времени), поэтому уравнение делится на: В этом простейшем случае мощность равна силе, умноженной на скорость.

Почему мощность и время обратно пропорциональны в физике?

Дело в том, что при одинаковом объеме работы мощность и время обратно пропорциональны.Уравнение мощности предполагает, что более мощный двигатель может выполнять ту же работу за меньшее время. Человек — это тоже машина с номинальной мощностью. Некоторые люди более могущественны, чем другие.

Физика электроэнергии

В физике электрическая мощность — это мера скорости, с которой электрическая энергия передается через электрическую цепь в единицу времени. Обозначается буквой P и измеряется в системе СИ. Единица мощности — один ватт или один джоуль в секунду.Электричество обычно поступает из таких источников, как электрические батареи, и вырабатывается электрическими генераторами.

Что такое формула электрической мощности?

Электричество. Существует простая формула для определения электрической мощности: P = U I. Мощность обычно определяется как энергия, деленная на время. P = E / t, поэтому энергия равна мощности, умноженной на время, E = P t.

Что такое настоящая сила в электричестве?

Определение: мощность, фактически потребляемая или потребляемая в цепи переменного тока, называется активной мощностью, или активной мощностью, или активной мощностью.Он измеряется в киловаттах (кВт) или МВт. Это реальные результаты работы электрической системы с цепями или нагрузками.

Какова формула мощности схемы?

Формула мощности для цепи с напряжением V и током I. P = V × I. Вы можете использовать закон Ома, чтобы выразить напряжение или ток как сопротивление R в цепи: V = I × R, выражая мощность как функция напряжения и тока. или напряжение и сопротивление.

Как выражение силы переписывается в физике?

Выражение силы — работа / время.И поскольку выражение работы — это сила * смещение, выражение силы можно переписать в (сила * смещение) / время. Поскольку выражение для скорости — это расстояние / время, выражение для силы можно переписать как «сила * скорость». Это показано ниже.

Расчет мощности схемы — Высшая школа физики

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или несколько ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Мощность и эффективность — GCSE Physics AQA Revision — Study Rocket

Power

Мощность — это скорость использования энергии.

Мощность измеряется в ваттах (Вт).1 Вт — это 1 Дж энергии, используемой в секунду.

Лампа мощностью 100 Вт будет потреблять больше электроэнергии, чем лампа мощностью 60 Вт, если обе они будут гореть одинаковое время.

Вам необходимо запомнить уравнение мощности для вашего экзамена:

P = E ÷ t

__P __ = мощность (Вт)

E = выполненная работа или переданная энергия (Дж)

т = время (с)

Есть также два других уравнения мощности, которые вам необходимо запомнить , которые будут рассмотрены более подробно в уроках по электричеству.

Мощность = ток x напряжение

P = IV

А:

Мощность = Ток ² __ x Сопротивление__

P = I

² R

Преобразователи

Важно уметь преобразовывать единицы измерения, поскольку мощность часто выражается в киловаттах (кВт).

1 кВт = 1000 Вт

Чтобы преобразовать Вт в кВт, разделите на 1000.

Чтобы преобразовать кВт в Вт, умножьте его на 1000.

Работал Пример

Тяжелоатлет поднимает штангу с пола над головой. Чтобы поднять штангу, штангист выполняет 5 кДж работы за 2,5 с.

Рассчитайте произведенную им мощность:

1. Мощность = энергия ÷ время
2. 5 кДж = 5000 Дж
3. Мощность = 5000 ÷ 2,5 = 2000 Вт

Другой тяжелоатлет поднимает такой же вес за более короткое время. Сравните мощность двух тяжелоатлетов.

1. Использование того же количества энергии за более короткое время потребует больше энергии

Диаграммы Санки

диаграммы Санки были представлены на предыдущем уроке.Их можно использовать для расчета эффективности.

Для этой диаграммы Сэнки полезная выходная энергия составляет 10 Дж, а общая потребляемая энергия — 60 Дж. Следовательно, КПД составляет 10 ÷ 60 = 0,17 (или 17%)

Эффективность

Все устройства расходуют немного энергии, обычно в виде тепла из-за трения между движущимися частями.

1. Например, электрическая лампочка предназначена для излучения света, но также производит тепловую энергию, которая рассеивается в окружающей среде.
2. Автомобильный двигатель предназначен для выработки кинетической энергии, но также производит тепло и звук, которые рассеиваются в окружающую среду.

Эффективность — это мера того, сколько энергии преобразуется с пользой (по сравнению с тем, сколько тратится впустую).

Вам необходимо запомнить уравнения эффективности:

КПД = полезная энергия на выходе ÷ общая энергия в

или

КПД = полезная выходная мощность ÷ общая мощность в

Эффективность не имеет единиц!

Может быть записано как число от 0 до 1 или как%. Например, КПД 0.25 равно КПД 25%.

Поскольку некоторая часть энергии всегда тратится впустую на каждом устройстве, эффективность всегда должна быть меньше 1 или меньше 100%. Если вы получили ответ больше 1 или 100%, значит, вы где-то ошиблись в своих расчетах!

Рабочие примеры

Электродрель потребляет 500Дж электроэнергии. Дрель вырабатывала всего 400 Дж кинетической энергии. В чем его эффективность?

1. КПД = полезная энергия на выходе ÷ общая энергия в
2. КПД = 400 ÷ 500
3. КПД = 0.8 (или 80%)

Портативный динамик преобразует 150 Дж электрической энергии в 30 Дж звуковой энергии. Рассчитайте его эффективность.

1. КПД = полезная энергия на выходе ÷ общая энергия в
2. КПД = 30 ÷ 150
3. КПД = 0,2 (или 20%)

Энергосберегающие лампы

В традиционных лампах накаливания используется электричество, протекающее через тонкий кусок проволоки, называемый нитью накала. Нить накала нагревается и светится, производя свет.Поскольку также выделяется много тепла, лампы накаливания не очень эффективны.

Энергосберегающие лампочки не используют этот метод и более эффективны. Это означает, что при одинаковом количестве электроэнергии энергосберегающая лампа будет производить больше света, чем лампа накаливания.

Энергосберегающие лампы обычно дороже, чем лампы накаливания. Однако энергосберегающая лампа имеет гораздо более длительный срок службы, чем лампа накаливания, которую необходимо регулярно заменять.Поскольку лампа накаливания менее эффективна, стоимость электроэнергии для лампы накаливания будет намного выше, чем для энергосберегающей лампы. Таким образом, хотя энергоэффективная лампа имеет более высокую начальную стоимость, в долгосрочной перспективе она позволит сэкономить деньги.

А или Б? Какое из этих устройств потребляет больше всего энергии? A — нагреватель мощностью 2кВт используется в течение 4 часов. B — огонь мощностью 3 кВт, использованный в течение 3 часов.

B

А или Б? Какое из этих устройств потребляет больше всего энергии? A — утюг мощностью 1 кВт, используемый в течение 1 часа.B — чайник мощностью 2 кВт используется в течение 20 минут.

А

Электродвигатель использует 275 Дж для подъема груза за 5 с. Какая мощность у мотора?

Ваш ответ должен включать: 55W / 55

Какова эффективность лампочки мощностью 60 Вт, которая излучает 3 Вт света?

0,05

Power — проблемы и решения

Мощность — это скорость, с которой работа выполняется за определенный период. Математически мощность — это соотношение работы / времени.

P = Вт / т

Описание: P = мощность (Джоуль / секунда = Ватт), Вт = работа (Джоуль), t = временной интервал (секунда)

На основании этого уравнения можно сделать вывод, что чем больше скорость работы, тем больше мощность.С другой стороны, чем меньше скорость работы, тем меньше мощность. Скорость работы относится к скорости выполнения работы.

Степень — это скаляр. Единица измерения мощности в системе СИ — джоуль в секунду. Джоуль / секунда = Ватт (сокращенно W), названный так, чтобы отдать дань уважения Джеймсу Ватту. Британская имперская единица измерения мощности — фут-фунт в секунду.

Этот агрегат слишком мал для практических целей, поэтому используется большее количество лошадиных сил (сокращенно л.с.). Одна лошадиная сила = 550 фут-фунт в секунду = 764 Вт = киловатта.

Объем работы также может быть выражен в единицах мощности x времени, например, киловатт-час или кВтч. Один кВтч относится к работе, выполняемой с постоянной скоростью 1 киловатт в течение одного часа.

1. Человек весом 50 кг поднимается по лестнице высотой 10 метров за 2 минуты. Ускорение свободного падения (g) составляет 10 м / с ² . Определите мощность.

Известный:

Масса (м) = 50 кг

Высота (h) = 10 метров

Ускорение свободного падения (g) = 10 м / с ²

Временной интервал (t) = 2 минуты = 2 (60) = 120 секунд

Требуется : Power (P)

Решение:

Формула силы:

P = Вт / т

P = мощность , W = рабочий , t = время

Формула работы:

W = F s = w h = m g h

W = работа, F = сила, w = вес, d = перемещение, h = высота, m = масса, g = ускорение свободного падения

W = m g h = (50) (10) (10) = 5000 Джоуль.

P = Вт / t = 5000/120 = 41,7 Дж / сек.

2. Рассчитайте мощность, требуемую для человека весом 60 кг, который забирается на дерево высотой 5 метров за 10 секунд. Ускорение свободного падения 10 м / с ² .

Известный:

Масса (м) = 60 кг

Высота (h) = 5 метров

Ускорение свободного падения (g) = 10 м / с ²

Временной интервал (t) = 10 секунд

Требуется : Мощность

Решение:

Работа:

W = m g h = (60) (10) (5) = 3000 Джоуль

Мощность:

P = Вт / t = 3000/10 = 300 Дж / сек.

3. Роторная комедия мощностью 300 Вт и периодом 5 минут вращает 5 раундов. Энергия, которую он использует,….

A. 15 кДж

B. 75 кДж

C. 90 кДж

D. 450 кДж

Известный:

Мощность (P) = 300 Вт = 300 Дж / сек

Период (T) = 5 минут = 5 (60 секунд) = 300 секунд

Число оборотов = 5

Разыскивается: Энергия, используемая ротационной комедией

Решение:

Правильный ответ — D.

[wpdm_package id = ’1190 ′]

1. Работа велась силовыми методами и решениями
2. Проблемы и решения рабочей кинетической энергии
3. Проблемы и решения принципа работы-механической энергии
4. Проблемы и решения гравитационной потенциальной энергии
5. Потенциальная энергия упругих пружин. Задачи и решения
6. Проблемы с питанием и их решение
7. Применение закона сохранения механической энергии для свободного падения
8. Применение принципа сохранения механической энергии для движения вверх и вниз при движении свободного падения
9. Применение закона сохранения механической энергии для движения по криволинейной поверхности
10. Применение закона сохранения механической энергии для движения по наклонной плоскости
11. Применение сохранения механической энергии для движения снаряда

6.7 Power — Douglas College Physics 1104 Пользовательский учебник — Зима и лето 2020

Сводка

• Рассчитайте мощность, рассчитав изменения энергии во времени.
• Изучите потребление энергии и расчеты стоимости потребляемой энергии.

Сила — это слово вызывает в воображении множество образов: профессиональный футболист, отталкивающий своего противника, драгстер, ревущий от стартовой линии, вулкан, выбрасывающий лаву в атмосферу, или взрывающаяся ракета, как на рисунке 1.

Рис. 1. Эта мощная ракета космического корабля «Индевор» работала и потребляла энергию с очень высокой скоростью. (кредит: НАСА)

Эти образы силы объединяет быстрое выполнение работы, что соответствует научному определению мощности ( P ) как скорости выполнения работы.

МОЩНОСТЬ

Мощность — это скорость выполнения работы.

[латекс] \ boldsymbol {P \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {W} {t}} [/ latex]

Единицей измерения мощности в системе СИ является Вт ( Вт ), где 1 ватт равен 1 джоуль в секунду ( 1 Вт = 1 Дж / с ).

Поскольку работа — это передача энергии, мощность — это также скорость, с которой энергия расходуется. Например, лампочка мощностью 60 Вт потребляет 60 Дж энергии в секунду. Большая мощность означает большой объем работы или энергии, выработанный за короткое время. Например, когда мощный автомобиль быстро разгоняется, он выполняет большой объем работы и потребляет большое количество топлива за короткое время.

Пример 1: Расчет мощности для подъема по лестнице

Какова выходная мощность для женщины весом 60,0 кг, пробегающей 3.Лестничный марш высотой 00 м за 3,50 с, начиная с состояния покоя, но имея конечную скорость 2,00 м / с? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Когда эта женщина бежит наверх, начиная с отдыха, она превращает химическую энергию, исходную из пищи, в кинетическую энергию и гравитационную потенциальную энергию. Ее выходная мощность зависит от того, как быстро она это делает.

Стратегия и концепция

Работа, переходящая в механическую энергию, равна W = KE + PE . 2 + mgh} {t}}.2) (3.00 \ textbf {m})} {3.50 \ textbf {s}}} \\ {} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {\ frac {120 \ textbf {J} +1764 \ textbf {J} } {3.50 \ textbf {s}}} \\ {} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {538 \ textbf {W.}} \ end {array} [/ latex]

Обсуждение

Женщина выполняет 1764 Дж работы, чтобы подняться по лестнице, по сравнению со всего лишь 120 Дж, чтобы увеличить свою кинетическую энергию; таким образом, большая часть ее мощности требуется для подъема, а не для ускорения.

Поразительно, что полезная выходная мощность этой женщины чуть меньше 1 лошадиных сил ( 1 л.с. = 746 Вт )! Люди могут генерировать более лошадиные силы с помощью мышц ног в течение коротких периодов времени, быстро превращая доступный в крови сахар и кислород в объем работы.(Лошадь может вырабатывать 1 л.с. в течение нескольких часов подряд.) Как только кислород истощается, выходная мощность снижается, и человек начинает быстро дышать, чтобы получить кислород для метаболизма большего количества пищи — это известно как этап аэробных упражнений . Если бы женщина поднималась по лестнице медленно, ее выходная мощность была бы намного меньше, хотя объем выполняемой работы был бы таким же.

УСТАНОВЛЕНИЕ ПОДКЛЮЧЕНИЙ: ИССЛЕДОВАНИЕ НА ДОМ — ИЗМЕРИТЕ НОМИНАЛЬНУЮ МОЩНОСТЬ

Определите собственную номинальную мощность, измерив время, необходимое вам, чтобы подняться по лестнице.Мы проигнорируем выигрыш в кинетической энергии, так как приведенный выше пример показал, что это была небольшая часть выигрыша в энергии. Не ожидайте, что ваша мощность будет больше 0,5 л.с.

Примеры силы ограничены только воображением, потому что видов столько же, сколько форм работы и энергии. (См. Некоторые примеры в таблице 3.) Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, несет максимальную мощность около 1,3 киловатт на квадратный метр (кВт / м ² ). Крошечная часть этого остается на Земле в течение длительного времени.Наш уровень потребления ископаемого топлива намного превышает скорость его хранения, поэтому они неизбежно будут исчерпаны. Сила подразумевает, что энергия передается, возможно, меняя форму. Невозможно полностью преобразовать одну форму в другую, не потеряв часть ее в виде тепловой энергии. Например, лампа накаливания мощностью 60 Вт преобразует в свет всего 5 Вт электроэнергии, а 55 Вт рассеивается в тепловую энергию. Кроме того, обычная электростанция преобразует в электричество только 35-40% топлива.Остаток превращается в огромное количество тепловой энергии, которая должна быть распределена в виде теплопередачи так же быстро, как и возникнет. Электростанция, работающая на угле, может производить 1000 мегаватт; 1 мегаватт (МВт) — это 10 ⁶ Вт электроэнергии. Но электростанция потребляет химическую энергию в размере около 2500 МВт, создавая передачу тепла в окружающую среду в размере 1500 МВт. (См. Рисунок 3.)

Рисунок 3. Огромные объемы электроэнергии вырабатываются угольными электростанциями, такими как эта в Китае, но еще большее количество энергии идет на передачу тепла в окружающую среду. {- 3}} [/ латекс] Таблица 3. Выходная или потребляемая мощность.

Обычно нам приходится платить за энергию, которую мы используем. Стоимость энергии для электроприбора интересно и легко оценить, если известны его потребляемая мощность и затраченное время. Чем выше уровень энергопотребления и чем дольше прибор используется, тем выше его стоимость. Норма энергопотребления составляет P = Вт / t = E / t , где E — энергия, поставляемая электроэнергетической компанией.Таким образом, энергия, потребляемая за время [latex] \ boldsymbol {t} [/ latex], составляет

[латекс] \ boldsymbol {E = Pt.} [/ Латекс]

В счетах за электроэнергию указывается использованная энергия в единицах киловатт-часов ( кВт • ч ), которая является произведением мощности в киловаттах и ​​времени в часах. Этот блок удобен тем, что потребление электроэнергии на уровне киловатт в течение нескольких часов является типичным.

Пример 2: Расчет затрат на энергию

Сколько стоит запуск 0.Компьютер на 200 кВт 6,00 часов в день в течение 30,0 дней, если стоимость электроэнергии составляет 0,120 доллара США за кВт⋅ч ?

Стратегия

Стоимость основана на потребленной энергии; таким образом, мы должны найти E из E = Pt , а затем рассчитать стоимость. Поскольку электрическая энергия выражается в кВт • ч , в начале такой проблемы удобно преобразовать единицы в кВт, и часы.

Решение

Энергопотребление в кВт • ч —

[латекс] \ begin {array} {lcl} \ boldsymbol {E} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {Pt = (0.200 \ textbf {кВт}) (6.00 \ textbf {h / d}) (30.0 \ textbf {d})} \\ {} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {36.0 \ textbf {кВт} \ cdotp \ textbf {h,}} \ end {array} [/ latex]

, а стоимость просто равна

.

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {cost} = (36.0 \ textbf {кВт} \ cdotp \ textbf {h}) (\ $ 0.120 \ textbf {за кВт} \ cdotp \ textbf {h}) = \ $ 4.32 \ textbf {в месяц.}} [/ latex]

Обсуждение

Стоимость использования компьютера в этом примере не является ни чрезмерной, ни незначительной. Понятно, что стоимость — это сочетание силы и времени.Когда и то и другое высокое, например, кондиционер летом, стоимость высока.

Мотивация к экономии энергии стала более убедительной из-за ее постоянно растущей цены. Вооружившись знанием того, что потребляемая энергия является продуктом мощности и времени, вы можете оценить затраты для себя и сделать необходимые оценочные суждения о том, где экономить энергию. Нужно уменьшить либо мощность, либо время. Наиболее рентабельно ограничить использование мощных устройств, которые обычно работают в течение длительного времени, например водонагревателей и кондиционеров.Сюда не входят устройства с относительно высокой мощностью, такие как тостеры, потому что они работают всего несколько минут в день. Он также не будет включать электрические часы, несмотря на то, что они используются круглосуточно, потому что они являются устройствами с очень низким энергопотреблением. Иногда можно использовать устройства с большей эффективностью, то есть устройства, потребляющие меньше энергии, для выполнения той же задачи. Одним из примеров является компактная люминесцентная лампа, которая дает в четыре раза больше света на ватт потребляемой мощности, чем ее собрат с лампами накаливания.

Современная цивилизация зависит от энергии, но нынешние уровни потребления и производства энергии не являются устойчивыми. Вероятность связи между глобальным потеплением и использованием ископаемого топлива (с сопутствующим производством углекислого газа) сделала сокращение использования энергии, а также переход на неископаемые виды топлива чрезвычайно важными. Несмотря на то, что энергия в изолированной системе является сохраняемой величиной, конечным результатом большинства преобразований энергии является перенос тепла в окружающую среду, которое больше не используется для выполнения работы.Как мы обсудим более подробно в главе 15 «Термодинамика», способность энергии производить полезную работу «снижается» при преобразовании энергии.

• Мощность — это скорость выполнения работы или в форме уравнения для средней мощности P для работы Вт , выполненной за время т , P = Вт / т .
• Единицей измерения мощности в системе СИ является ватт (Вт), где 1 Вт = 1 Дж / с .
• Мощность многих устройств, например электродвигателей, также часто выражается в лошадиных силах (л.с.), где 1 л.с. = 746 Вт .

Концептуальные вопросы

1: Большинство электроприборов измеряются в ваттах. Зависит ли этот рейтинг от того, как долго прибор включен? (В выключенном состоянии это устройство с нулевой мощностью.) Объясните определение мощности.

2: Объясните в терминах определения мощности, почему потребление энергии иногда указывается в киловатт-часах, а не в джоулях.Какая связь между этими двумя энергетическими единицами?

3: Искра статического электричества, которую вы можете получить от дверной ручки в холодный сухой день, может переносить несколько сотен ватт энергии. Объясните, почему вы не пострадали от такой искры.

Задачи и упражнения

1: Пульсар в Крабовидной туманности (см. Рисунок 4) — это остаток сверхновой, которая произошла в 1054 году нашей эры. Используя данные из таблицы 3, рассчитайте приблизительный коэффициент, на который мощность этого астрономического объекта снизилась после его взрыва. .

Рисунок 4. Крабовидная туманность (предоставлено ESO, через Wikimedia Commons)

2: Предположим, что звезда в 1000 раз ярче нашего Солнца (то есть излучающая в 1000 раз большую мощность) внезапно становится сверхновой. Используя данные из Таблицы 3: (a) Во сколько раз увеличивается его выходная мощность? (б) Во сколько раз ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, сверхновая? (c) Основываясь на ваших ответах, обсудите, возможно ли наблюдать сверхновые в далеких галактиках. Обратите внимание, что существует порядка 10 ¹¹ наблюдаемых галактик, средняя яркость которых несколько меньше нашей собственной галактики.

3: Человек в хорошем физическом состоянии может выдавать 100 Вт полезной мощности в течение нескольких часов подряд, возможно, вращая педали механизма, приводящего в действие электрогенератор. Пренебрегая любыми проблемами эффективности генератора и практическими соображениями, такими как время отдыха: (а) Сколько человек потребуется, чтобы запустить электрическую сушилку для белья мощностью 4,00 кВт? (б) Сколько людей потребуется, чтобы заменить большую электростанцию, вырабатывающую 800 МВт?

4: Сколько стоит эксплуатация 3.Электрические часы 00-Вт на год при стоимости электроэнергии 0,0900 $ за кВт • ч?

5: Большой бытовой кондиционер может потреблять 15,0 кВт электроэнергии. Какова стоимость эксплуатации этого кондиционера 3,00 часа в день в течение 30,0 дней, если стоимость электроэнергии составляет 0,110 доллара США за кВт • час?

6: (a) Какова средняя потребляемая мощность в ваттах устройства, потребляющего 5,00 кВт • ч энергии в день? б) Сколько джоулей энергии устройство потребляет в год?

7: (a) Какова средняя полезная выходная мощность человека, который делает 6.00 × 10 ⁶ Дж полезной работы за 8.00 ч? (b) Работая с такой скоростью, сколько времени потребуется этому человеку, чтобы поднять 2000 кг кирпичей 1,50 м на платформу? (Работу по подъему тела можно не выполнять, потому что здесь она не считается полезным результатом.)

8: Драгстер массой 500 кг разгоняется до конечной скорости 110 м / с за 400 м (около четверти мили) и сталкивается со средней силой трения 1200 Н. Какова его средняя выходная мощность в ватт и лошадиные силы, если для этого потребуется 7.30 с?

9: (a) Сколько времени потребуется автомобилю массой 850 кг и полезной выходной мощностью 40,0 л.с. (1 л.с. = 746 Вт), чтобы достичь скорости 15,0 м / с без учета трения? (b) Сколько времени займет это ускорение, если при этом автомобиль также поднимется на холм высотой 3,00 м?

10: (a) Найдите полезную выходную мощность двигателя лифта, который поднимает груз массой 2500 кг на высоту 35,0 м за 12,0 с, если он также увеличивает скорость в состоянии покоя до 4,00 м / с. Обратите внимание, что общая масса уравновешенной системы составляет 10 000 кг, т.е. только 2500 кг поднимается в высоту, но все 10 000 кг ускоряются.(б) Сколько это стоит, если электроэнергия стоит 0,0900 доллара за кВт • ч?

11: (a) Каково доступное энергосодержание в джоулях батареи, которая работает с электрическими часами мощностью 2,00 Вт в течение 18 месяцев? (b) Как долго батарея, которая может обеспечивать 8,00 × 10 ⁴ Дж, может работать с карманным калькулятором, потребляющим энергию со скоростью 1,00 × 10 ^-3 Вт?

12: (a) Сколько времени потребуется самолету массой 1,50 × 10 ⁵ кг с двигателями мощностью 100 МВт, чтобы достичь скорости 250 м / с и высоты 12.0 км, если сопротивление воздуха было незначительным? (б) Если это действительно занимает 900 с, какова мощность? (c) Учитывая эту мощность, какова средняя сила сопротивления воздуха, если самолет занимает 1200 с? (Подсказка: вы должны найти расстояние, которое самолет преодолеет за 1200 с при постоянном ускорении.)

13: Рассчитайте выходную мощность, необходимую для автомобиля массой 950 кг, чтобы преодолеть уклон 2,00 ° с постоянной скоростью 30,0 м / с, столкнувшись с сопротивлением ветра и трением в сумме 600 Н. Ясно покажите, как вы выполняете шаги, описанные в главе 7 .7 стратегий решения проблем в области энергетики.

14: (a) Рассчитайте мощность на квадратный метр, приходящуюся от Солнца в верхние слои атмосферы Земли. (Возьмем выходную мощность Солнца равной 4,00 × 10 ²⁶ Вт.) (B) Часть этой мощности поглощается и отражается атмосферой, так что максимум 1,30 кВт / м ² достигает поверхности Земли. Вычислите площадь коллекторов солнечной энергии в км ² , необходимую для замены электростанции, вырабатывающей 750 МВт, если коллекторы преобразуют в среднем 2.00% максимальной мощности в электричество. (Такая малая эффективность преобразования связана с самими устройствами и тем фактом, что солнце находится прямо над головой лишь на короткое время.) При тех же предположениях, какая площадь потребуется для удовлетворения энергетических потребностей Соединенных Штатов (1,05 × 10 ²⁰ J)? Энергетические потребности Австралии (5,4 × 10 ¹⁸ Дж)? Энергетические потребности Китая (6,3 × 10 ¹⁹ Дж)? (Эти значения энергопотребления взяты с 2006 г.)

Глоссарий

мощность

скорость выполнения работ

Вт

(Вт) единица мощности в системе СИ, при 1 Вт = 1 Дж / с

л.с.

более старая единица мощности вне системы СИ, с 1 л.с. = 746 Вт

киловатт-час

( кВт • ч ) агрегат, используемый в основном для выработки электроэнергии, поставляемой электроэнергетическими компаниями

Решения

Задачи и упражнения

1: 2 x 10 ^-10

3: (a) 40 (b) 8 миллионов

5: 149 долларов США

7: (а) 208 Вт (б) 141 с

9: (а) 3.0}, \: \ boldsymbol {v = 3.00 \ textbf {m / s}}, \: \ boldsymbol {f = 600 \ textbf {N}} [/ latex]

Определить неизвестные: мощность P автомобиля, сила F , что автомобиль относится к дороге

Решить для неизвестного:

[латекс] \ boldsymbol {P = \ frac {W} {t} = \ frac {Fd} {t} = F (\ frac {d} {t}) = Fv,} [/ latex]

, где F параллельно уклону и должно противодействовать силам сопротивления и силе тяжести:

[латекс] \ boldsymbol {F = f + w = ​​600 \ textbf {N} + mg \: \ textbf {sin} \: \ theta} [/ latex]

Вставьте это в выражение для мощности и решите:

[латекс] \ begin {array} {lcl} \ boldsymbol {P} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {(f + mg \: \ textbf {sin} \: \ theta) v} \\ {} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {[600 \ textbf {N} + (950 \ textbf {kg}) (9.4 \ textbf {W}} \ end {array} [/ latex]

Около 28 кВт (или около 37 л.с.) приемлемо для автомобиля, чтобы преодолевать небольшой уклон.

Power — Видео по физике от Brightstorm

Мощность — это скорость выполнения работы. Это связано с энергией, которая является количеством, используемым для измерения работы. Мощность можно рассчитать по соотношению мощность = работа / время и обычно измеряется в ваттах (1 ватт = 1 джоуль в секунду).

Вы, наверное, знаете, что такое сила, и когда мы изучаем физику, когда мы говорим о мощности, мы говорим о работе, проделанной с течением времени.Итак, помните, что единица измерения работы — джоули, единица измерения времени — секунда, так что теперь у нас есть мощность, а единица измерения мощности — ватты, имя Джеймса Ватта, парня, который изобрел локомотивный двигатель, большая мощность в паровом двигателе, хорошо , поэтому единица измерения — ватты, и часто, когда мы генерируем электроэнергию, мы генерируем много энергии, как электростанция чего-то. Итак, у нас есть несколько довольно распространенных единиц, и один из них — если у нас есть тысяча ватт, хорошо, и для упрощения мы можем просто назвать это киловаттом, хорошо, или иногда мы просто сокращаем это маленькое k большое W.Но предположим, что мы генерируем даже намного больше энергии, чем эта скважина, если у нас может быть не тысяча, но давайте перейдем к следующей единице, которая составляет миллион, который также равен 10 к 6 или 1 с 6 нулями, хорошо.

Что ж, единица измерения, которую мы используем для такой мощности, — это мегаватт, и иногда мы будем сокращать эту большую M, большую W. Итак, это все единицы мощности, мегаватты, киловатты или просто обычный ватт, хорошо. Давайте рассмотрим несколько примеров, которые вас могут попросить решить, связанных с властью и ее отношением к рабочему времени, хорошо? Предположим, например, вы крутите педали на велосипеде и хотите знать, сколько мощности требуется, чтобы приложить 100 джоулей работы на педали велосипеда в течение 5 секунд, хорошо.Итак, формула опять же: мощность равна работе во времени, так что это довольно простая задача, которую мы собираемся решить, наша работа — 100 джоулей, наше время — 5 секунд, или я просто сокращу это нормально, и поэтому наша сила здесь 100, разделенное на 5, будет равно 20, в данном случае 20 Вт. Итак, для приложения этой силы требуется 20 Вт мощности, извините, что поработайте на педали в течение такого количества секунд.

Давайте посмотрим на другой пример, где вам дана единица мощности, и вам нужно выяснить, сколько работы требуется для этого.Опять же, давайте скажем, сколько работы требуется, чтобы запитать лампочку мощностью 40 Вт в течение 1 минуты? Хорошо, здесь нам дается блок питания мощностью 40 Вт, но я хочу знать, сколько работы требуется для его питания в течение 1 минуты. Теперь помните, что здесь единица измерения — минуты, а единица измерения мощности, о которой мы говорили, — это работа в секунду. Итак, давайте помнить, что на самом деле это 60 секунд. И тогда нам просто нужно настроить нашу проблему. У нас есть 40 ватт, равных работе x за секунды, что составляет 60 секунд, и снова, чтобы решить для x, я собираюсь сказать, что x равно это число, умноженное на это число, число в знаменателе, умноженное на это число, которое будет равно 240.И в этом случае единица измерения — ватты, извините, количество ватт, умноженное на секунды, даст нам наше число в джоулях. Итак, это 2 типа уравнений, которые обычно просят решить, в которых учитывается мощность и ее связь с работой.

Эффективность и вычисления — Повествование о физике

Простой вид двигателя

Один вид двигателя — это сложная сборка проводов, магнитов, осей, щеток и коммутаторов.Существует множество различных конструкций электродвигателей (например, щеточного постоянного тока, шагового постоянного тока, синхронного переменного тока), и для адаптации конструкции к конкретной задаче требуются значительные навыки. Это может быть приложение с особенно высоким крутящим моментом, возможно, для создания больших ускорений для электрического спортивного автомобиля, или приложение, в котором рабочая мощность очень мала, но очень мало энергии может быть потрачено впустую, например, в автомобиле на солнечной энергии.

Намного более простое представление можно получить, разработав описание с точки зрения запасов энергии или мощности в проводящих путях.

Рабочая мощность и максимальная мощность

У двигателей много рабочих мощностей. Даже в быту можно найти моторы, предназначенные для перемешивания одежды в стиральной машине, приготовления супа, измельчения кофе или вращения жесткого диска портативного музыкального плеера. В последнем примере требуется точное движение, но, возможно, ненадолго. Воспроизведение музыки зависело от точного вращения синглов с 78 об / мин (оборотов в минуту) через стабильную высокую скорость для аудио CD-ROM до стабильно высокой скорости для жестких дисков (7200 об / мин обычно доступны на момент написания. ).Возможно, плееры с флэш-памятью вытеснят как жесткие диски, так и портативные аудиокассетные плееры, поскольку им нужны очень точные двигатели, которые протягивают ленту по голове со скоростью 178 дюймов в секунду. Тем не менее, если роботы будут играть какую-либо роль в будущем, инженерам будет очень необходимо разрабатывать двигатели с диапазоном точности и номинальной мощности.

Но есть более простая точка зрения (а физикам нравятся более простые точки зрения), которая дает руководство для всей этой инженерной мысли. Двигатель — это просто устройство, предназначенное для переключения с электрического пути на механический, поэтому это своего рода преобразователь.Идеальный двигатель переключит всю мощность — без потерь.

Используйте аккумулятор для привода двигателя, который поднимает поддон (например, на автопогрузчике). Затем описание устройства / пути обеспечивает полезный уровень детализации для одного стратегического представления инженерных требований. Еще более абстрактное представление дает описание магазинов — оно еще меньше касается , как? , а так уж больше ориентировался на сколько? .

Идеальное и несовершенное переключение с одного пути на другой

Инженеры очень озабочены настоящими двигателями, которые не идеальны.Совершенство — это всего лишь недостижимая цель: инженерия — это правильный компромисс.

Любой двигатель имеет значительную длину провода, в котором есть ток и на котором есть разность потенциалов, величина ограничена этим соотношением: V = R × I . Следовательно, эти провода двигателя будут нагреваться. Таким образом, более реалистичный вид двигателя — это устройство, которое переключается с электрического пути на механический рабочий путь и на путь нагрева частицами.

Менее расточительный, более эффективный двигатель — это двигатель, у которого большая часть мощности уходит на механический рабочий путь.

Поскольку двигатели не очень сильно светятся, мы можем пренебречь нагревом от пути излучения; Другими словами, на этом пути для большинства двигателей не так много мощности, пока они не выйдут за пределы своей проектной мощности, что часто приводит к сгоранию двигателя . Это происходит, когда мощность, переключаемая с входного (электрического) пути, превышает три выходных пути (механическая обработка, нагрев частицами, нагрев излучением).Сдвинутая энергия превышает смещенную, а запас тепла увеличивается, поэтому проволока становится все горячее и горячее, пока в конце концов не расплавится.

Как посчитать скопления в магазинах в результате подъема

Обратно к мотору автопогрузчика, поднимающего поддон. Как мотор работает, так аккумулятор разряжается и груз поднимается. Чем быстрее поднимается груз, тем с большей скоростью химические вещества вступают в реакцию в аккумуляторе, и поэтому он разряжается с большей скоростью.

Двигатель переключается с электрического пути — энергия, передаваемая из химического запаса батареи, в гравитационный, накапливается с течением времени.

Мощность в электрическом тракте (задается током и разностью потенциалов, как и раньше) и время устанавливают накопление.

Власть в двух направлениях

Энергия, переданная в гравитационный накопитель, зависит как от силы (масса × напряженность гравитационного поля), так и от расстояния — здесь от высоты.Вы можете проверить эти связи в темах SPT: Forces и SPT: Energy. Таким образом, вы можете рассчитать энергию, смещенную в гравитационный накопитель, накапливающуюся при изменении высоты. Усилие фиксируется содержимым поддона, который поднимает вилочный погрузчик.

Энергия, накопленная в гравитационном накопителе в результате изменения высоты, может быть вычислена как масса × напряженность гравитационного поля × изменение высоты. Проверить это имеет смысл, используя единицы: килограмм × ньютон килограмм ^-1 × метр, что упрощается до: ньютон × метр.Возвращаясь от единиц к количеству, это сила × расстояние.

Это вычисляет энергию (см. Тему SPT: Energy для более подробной информации).

Эти два накопления из-за электрических и механических путей будут равны, если двигатель идеален. Мы часто используем эту упрощенную модель, потому что она часто является хорошим руководством к действию. Но для реальных двигателей некоторая часть энергии неизбежно будет перемещена в тепловые накопители, поэтому накопление, рассчитанное на основе электрического пути, будет равно энергии, перемещенной в гравитационный накопитель и в эти тепловые накопители.