Как найти мощность через работу и время

Мощность, формула

Мощностью P называется отношение произвольной работы W к времени t, в течение которого совершается работа.

\[ \textit <Мощность>= \frac>> \]

Единица СИ мощности

\[ [P] = \text <Ватт>\enspace \text = \frac>> = \text \frac \]

Средняя мощность, формула

Если:
P — Средняя мощность (Ватт),
W — Работа (Джоуль),
t — Время затраченное на совершение работы (секунд),
то

Если работа пропорциональна времени, W~t, то мощность постоянна.

Вычислить, найти среднюю мощность по формуле (3)

Мгновенная мощность, формула

В большинстве случаев мощность зависит от времени, P=P(t). Мгновенная мощность есть производная работы по времени:

\[ P = \frac = \dot \]

\[ P = F \frac = Fu \]

Здесь:
F — Мгновенная сила (Ньютон),
u — мгновенная скорость (метр/секунда),

Мгновенная мощность равна произведению мгновенной силы на мгновенную скорость

Формула (6) справедлива в том случае, когда F или u, постоянны. Если и F и u постоянны, то P представляет собой постоянную мощность.

При равномерно ускоренном движении F=const

\[ P_ = F u_ ; \average = F \average \]

Как найти мощность через работу и время

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы. Работой, совершаемой постоянной силой F, называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла между векторами силы F и перемещения S:

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 ньютон на перемещении 1 метр в направлении действия силы.

Если же сила изменяется с течением времени, то для нахождения работы строят график зависимости силы от перемещения и находят площадь фигуры под графиком – это и есть работа:

Примером силы, модуль которой зависит от координаты (перемещения), может служить сила упругости пружины, подчиняющаяся закону Гука (F_упр = kx).

Мощность

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью. Мощность P (иногда обозначают буквой N) – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

По этой формуле рассчитывается средняя мощность, т.е. мощность обобщенно характеризующая процесс. Итак, работу можно выражать и через мощность: A = Pt (если конечно известна мощность и время совершения работы). Единица мощности называется ватт (Вт) или 1 джоуль за 1 секунду. Если движение равномерное, то:

По этой формуле мы можем рассчитать мгновенную мощность (мощность в данный момент времени), если вместо скорости подставим в формулу значение мгновенной скорости. Как узнать, какую мощность считать? Если в задаче спрашивают мощность в момент времени или в какой-то точке пространства, то считается мгновенная. Если спрашивают про мощность за какой-то промежуток времени или участок пути, то ищите среднюю мощность.

КПД – коэффициент полезного действия, равен отношению полезной работы к затраченной, либо же полезной мощности к затраченной:

Какая работа полезная, а какая затраченная определяется из условия конкретной задачи путем логического рассуждения. К примеру, если подъемный кран совершает работу по подъему груза на некоторую высоту, то полезной будет работа по поднятию груза (так как именно ради нее создан кран), а затраченной – работа, совершенная электродвигателем крана.

Итак, полезная и затраченная мощность не имеют строгого определения, и находятся логическим рассуждением. В каждой задаче мы сами должны определить, что в этой задаче было целью совершения работы (полезная работа или мощность), а что было механизмом или способом совершения всей работы (затраченная мощность или работа).

В общем случае КПД показывает, как эффективно механизм преобразует один вид энергии в другой. Если мощность со временем изменяется, то работу находят как площадь фигуры под графиком зависимости мощности от времени:

Кинетическая энергия

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела (энергией движения):

То есть если автомобиль массой 2000 кг движется со скоростью 10 м/с, то он обладает кинетической энергией равной Е_к = 100 кДж и способен совершить работу в 100 кДж. Эта энергия может превратиться в тепловую (при торможении автомобиля нагревается резина колес, дорога и тормозные диски) или может быть потрачена на деформацию автомобиля и тела, с которым автомобиль столкнулся (при аварии). При вычислении кинетической энергии не имеет значения куда движется автомобиль, так как энергия, как и работа, величина скалярная.

Тело обладает энергией, если способно совершить работу. Например, движущееся тело обладает кинетической энергией, т.е. энергией движения, и способно совершать работу по деформации тел или придания ускорения телам, с которыми произойдёт столкновение.

Физический смысл кинетической энергии: для того чтобы покоящееся тело массой m стало двигаться со скоростью v необходимо совершить работу равную полученному значению кинетической энергии. Если тело массой m движется со скоростью v, то для его остановки необходимо совершить работу равную его первоначальной кинетической энергии. При торможении кинетическая энергия в основном (кроме случаев соударения, когда энергия идет на деформации) «забирается» силой трения.

Теорема о кинетической энергии: работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела:

Теорема о кинетической энергии справедлива и в общем случае, когда тело движется под действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения. Применять данную теорему удобно в задачах на разгон и торможение тела.

Потенциальная энергия

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия определяется взаимным положением тел (например, положением тела относительно поверхности Земли). Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями (так называемые консервативные силы). Работа таких сил на замкнутой траектории равна нулю. Таким свойством обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести Земли рассчитывается по формуле:

Физический смысл потенциальной энергии тела: потенциальная энергия равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень (h – расстояние от центра тяжести тела до нулевого уровня). Если тело обладает потенциальной энергией, значит оно способно совершить работу при падении этого тела с высоты h до нулевого уровня. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела, взятому с противоположным знаком:

Часто в задачах на энергию приходится находить работу по поднятию (переворачиванию, доставанию из ямы) тела. Во всех этих случаях нужно рассматривать перемещение не самого тела, а только его центра тяжести.

Потенциальная энергия Ep зависит от выбора нулевого уровня, то есть от выбора начала координат оси OY. В каждой задаче нулевой уровень выбирается из соображения удобства. Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а ее изменение при перемещении тела из одного положения в другое. Это изменение не зависит от выбора нулевого уровня.

Потенциальная энергия растянутой пружины рассчитывается по формуле:

где: k – жесткость пружины. Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Растяжение или сжатие х надо рассчитывать от недеформированного состояния тела.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией. Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x₁, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x₂ сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком (так как сила упругости всегда направлена против деформации тела):

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Работа силы трения зависит от пройденного пути (такой вид сил, чья работа зависит от траектории и пройденного пути называется: диссипативные силы). Понятие потенциальной энергии для силы трения вводить нельзя.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) – характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Он определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой (формула уже приведена выше).

КПД можно рассчитывать как через работу, так и через мощность. Полезная и затраченная работа (мощность) всегда определяются путем простых логических рассуждений.

В электрических двигателях КПД – отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника. В тепловых двигателях – отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты. В электрических трансформаторах – отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.

В силу своей общности понятие КПД позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т.д.

Из–за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т.п. КПД всегда меньше единицы. Соответственно этому КПД выражается в долях затрачиваемой энергии, то есть в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. КПД характеризует как эффективно работает машина или механизм. КПД тепловых электростанций достигает 35–40%, двигателей внутреннего сгорания с наддувом и предварительным охлаждением – 40–50%, динамомашин и генераторов большой мощности – 95%, трансформаторов – 98%.

Задачу, в которой нужно найти КПД или он известен, надо начать с логического рассуждения – какая работа является полезной, а какая затраченной.

Закон сохранения механической энергии

Полной механической энергией называется сумма кинетической энергии (т.е. энергии движения) и потенциальной (т.е. энергии взаимодействия тел силами тяготения и упругости):

Если механическая энергия не переходит в другие формы, например, во внутреннюю (тепловую) энергию, то сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся неизменной. Если же механическая энергия переходит в тепловую, то изменение механической энергии равно работе силы трения или потерям энергии, или количеству выделившегося тепла и так далее, другими словами изменение полной механической энергии равно работе внешних сил:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему (т.е. такую в которой не действует внешних сил, и их работа соответственно равна нолю) и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной:

Это утверждение выражает закон сохранения энергии (ЗСЭ) в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой силами упругости и тяготения. Во всех задачах на закон сохранения энергии всегда будет как минимум два состояния системы тел. Закон гласит, что суммарная энергия первого состояния будет равна суммарной энергии второго состояния.

Алгоритм решения задач на закон сохранения энергии:

1. Найти точки начального и конечного положения тела.
2. Записать какой или какими энергиями обладает тело в данных точках.
3. Приравнять начальную и конечную энергию тела.
4. Добавить другие необходимые уравнения из предыдущих тем по физике.
5. Решить полученное уравнение или систему уравнений математическими методами.

Важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими силами действуют силы трения или силы сопротивления среды. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание). Таким образом энергия в целом (т.е. не только механическая) в любом случае сохраняется.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии.

Разные задачи на работу

Если в задаче требуется найти механическую работу, то сначала выберите способ её нахождения:

1. Работу можно найти по формуле: A = FS∙cosα. Найдите силу, совершающую работу, и величину перемещения тела под действием этой силы в выбранной системе отсчёта. Обратите внимание, что угол должен быть выбран между векторами силы и перемещения.
2. Работу внешней силы можно найти, как разность механической энергии в конечной и начальной ситуациях. Механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела.
3. Работу по подъёму тела с постоянной скоростью можно найти по формуле: A = mgh, где h – высота, на которую поднимается центр тяжести тела.
4. Работу можно найти как произведение мощности на время, т.е. по формуле: A = Pt.
5. Работу можно найти, как площадь фигуры под графиком зависимости силы от перемещения или мощности от времени.

Закон сохранения энергии и динамика вращательного движения

Задачи этой темы являются достаточно сложными математически, но при знании подхода решаются по совершенно стандартному алгоритму. Во всех задачах Вам придется рассматривать вращение тела в вертикальной плоскости. Решение будет сводиться к следующей последовательности действий:

1. Надо определить интересующую Вас точку (ту точку, в которой необходимо определить скорость тела, силу натяжения нити, вес и так далее).
2. Записать в этой точке второй закон Ньютона, учитывая, что тело вращается, то есть у него есть центростремительное ускорение.
3. Записать закон сохранения механической энергии так, чтобы в нем присутствовала скорость тела в той самой интересной точке, а также характеристики состояния тела в каком-нибудь состоянии про которое что-то известно.
4. В зависимости от условия выразить скорость в квадрате из одного уравнения и подставить в другое.
5. Провести остальные необходимые математические операции для получения окончательного результата.

При решении задач надо помнить, что:

• Условие прохождения верхней точки при вращении на нити с минимальной скоростью – сила реакции опоры N в верхней точке равна 0. Такое же условие выполняется при прохождении верхней точки мертвой петли.
• При вращении на стержне условие прохождения всей окружности: минимальная скорость в верхней точке равна 0.
• Условие отрыва тела от поверхности сферы – сила реакции опоры в точке отрыва равна нулю.

Неупругие соударения

Закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса позволяют находить решения механических задач в тех случаях, когда неизвестны действующие силы. Примером такого рода задач является ударное взаимодействие тел.

Ударом (или столкновением) принято называть кратковременное взаимодействие тел, в результате которого их скорости испытывают значительные изменения. Во время столкновения тел между ними действуют кратковременные ударные силы, величина которых, как правило, неизвестна. Поэтому нельзя рассматривать ударное взаимодействие непосредственно с помощью законов Ньютона. Применение законов сохранения энергии и импульса во многих случаях позволяет исключить из рассмотрения сам процесс столкновения и получить связь между скоростями тел до и после столкновения, минуя все промежуточные значения этих величин.

С ударным взаимодействием тел нередко приходится иметь дело в обыденной жизни, в технике и в физике (особенно в физике атома и элементарных частиц). В механике часто используются две модели ударного взаимодействия – абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.

Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.

При абсолютно неупругом ударе механическая энергия не сохраняется. Она частично или полностью переходит во внутреннюю энергию тел (нагревание). Для описания любых ударов Вам нужно записать и закон сохранения импульса, и закон сохранения механической энергии с учетом выделяющейся теплоты (предварительно крайне желательно сделать рисунок).

Абсолютно упругий удар

Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел. Во многих случаях столкновения атомов, молекул и элементарных частиц подчиняются законам абсолютно упругого удара. При абсолютно упругом ударе наряду с законом сохранения импульса выполняется закон сохранения механической энергии. Простым примером абсолютно упругого столкновения может быть центральный удар двух бильярдных шаров, один из которых до столкновения находился в состоянии покоя.

Центральным ударом шаров называют соударение, при котором скорости шаров до и после удара направлены по линии центров. Таким образом, пользуясь законами сохранения механической энергии и импульса, можно определить скорости шаров после столкновения, если известны их скорости до столкновения. Центральный удар очень редко реализуется на практике, особенно если речь идет о столкновениях атомов или молекул. При нецентральном упругом соударении скорости частиц (шаров) до и после столкновения не направлены по одной прямой.

Частным случаем нецентрального упругого удара может служить соударения двух бильярдных шаров одинаковой массы, один из которых до соударения был неподвижен, а скорость второго была направлена не по линии центров шаров. В этом случае векторы скоростей шаров после упругого соударения всегда направлены перпендикулярно друг к другу.

Законы сохранения. Сложные задачи

Несколько тел

В некоторых задачах на закон сохранения энергии тросы с помощью которых перемещаются некие объекты могут иметь массу (т.е. не быть невесомыми, как Вы могли уже привыкнуть). В этом случае работу по перемещению таких тросов (а именно их центров тяжести) также нужно учитывать.

Если два тела, соединённые невесомым стержнем, вращаются в вертикальной плоскости, то:

1. выбирают нулевой уровень для расчёта потенциальной энергии, например на уровне оси вращения или на уровне самой нижней точки нахождения одного из грузов и обязательно делают чертёж;
2. записывают закон сохранения механической энергии, в котором в левой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в начальной ситуации, а в правой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в конечной ситуации;
3. учитывают, что угловые скорости тел одинаковы, тогда линейные скорости тел пропорциональны радиусам вращения;
4. при необходимости записывают второй закон Ньютона для каждого из тел в отдельности.

Разрыв снаряда

В случае разрыва снаряда выделяется энергия взрывчатых веществ. Чтобы найти эту энергию надо от суммы механических энергий осколков после взрыва отнять механическую энергию снаряда до взрыва. Также будем использовать закон сохранения импульса, записанный, в виде теоремы косинусов (векторный метод) или в виде проекций на выбранные оси.

Столкновения с тяжёлой плитой

Пусть навстречу тяжёлой плите, которая движется со скоростью v, движется лёгкий шарик массой m со скоростью u_н. Так как импульс шарика много меньше импульса плиты, то после удара скорость плиты не изменится, и она будет продолжать движение с той же скоростью и в том же направлении. В результате упругого удара, шарик отлетит от плиты. Здесь важно понять, что не поменяется скорость шарика относительно плиты. В таком случае, для конечной скорости шарика получим:

Таким образом, скорость шарика после удара увеличивается на удвоенную скорость стены. Аналогичное рассуждение для случая, когда до удара шарик и плита двигались в одном направлении, приводит к результату согласно которому скорость шарика уменьшается на удвоенную скорость стены:

Задачи о максимальных и минимальных значениях энергии сталкивающихся шаров

В задачах такого типа главное понять, что потенциальная энергия упругой деформации шаров максимальна, если кинетическая энергия их движения минимальна – это следует из закона сохранения механической энергии. Сумма кинетических энергий шаров минимальна в тот момент, когда скорости шаров будут одинаковы по величине и направлены в одном направлении. В этот момент относительная скорость шаров равна нулю, а деформация и связанная с ней потенциальная энергия максимальна.

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

1. Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен, где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
2. Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике. На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
3. Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов, а также ответственная проработка итоговых тренировочных тестов, позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того, на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на электронную почту (адрес электронной почты здесь). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

ЗАПРЕЩЕНО использование представленных на сайте материалов или их частей в любых коммерческих целях, а также их копирование, перепечатка, повторная публикация или воспроизведение в любой форме. Нарушение прав правообладателей преследуется по закону. Подробнее.

© 2014 — 2024 EDUCON.BY — Физика и Математика — Теория и Задачи.

Как найти время зная мощность и работу?

Мощность — это работа в единицу времени. Мол, Ватт — это Джоуль за секунду. А киловаттчас — это киловатт, умноженный на час. Как найти, за какой время нажжётся два киловаттчаса, если мощность — полкиловатта? Правильный ответ: разделить работу на мощность.

Остальные ответы

А=Рt откуда
t=A/P где А-работа, Р-мощность, t-время

Adiya Nurseitova AdiyaУченик (106) 1 год назад

Разве не N- это мощность

Работа (А) =Мощность (Вт) *Время (т)

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Мощность

Мощность – одна из самых распространенных физических величин. Она показывает количество работы механизма, выполненной в единицу времени. Определение мощности простыми и научными словами, а также формулы и примеры задач с подробным решением – в материале КП

Мощность – это физическая величина, которой можно охарактеризовать любой механизм или физическую (материальную) систему вообще. Например, мощность есть у двигателя, бытового прибора, лошади и даже человека. Во всех случаях речь идет о вычислении количества полезной работы, которая произведена за определенное время (как правило, в секунду).

Определение мощности простыми словами

Что такое мощность, интуитивно понятно. Например, очевидно, что электрический самокат мощнее обычного, а автомобиль в этом ряду является самым «сильным». Есть и другие наглядные примеры. Допустим, человек уберет гораздо меньше урожая с поля, чем комбайн за то же время.

Исходя из этого, можно упрощенно сказать, что мощность представляет собой количество работы, которая выполняется в единицу времени. Причем это именно полезная работа системы (механизма), которая выполнена за час, минуту, день или другой отрезок времени.

Есть и научное определение: мощность – это скалярная физическая величина, которая равна мгновенной скорости, переданной от одной физической системы другой в процессе использования энергии. Для наглядного объяснения это определение можно разобрать на составляющие.

1. Под скалярной имеется в виду величина, которая не имеет направления (в отличие от той же силы, которая его имеет и поэтому является векторной).
2. Физическая система – можно сказать, что это механизм, например тот же автомобиль, бытовой прибор или комбайн для уборки урожая.
3. Использование энергии – в большинстве случаев имеется в виду определенный искусственный процесс, который выполняется для пользы человека, семьи, общества.

Обычно понятие «мощность» не используют для описания природных объектов и процессов. Нельзя, например, сказать, что град мощнее дождя. Мощность почти всегда связана с определенными механизмами, созданными человеком. Этот показатель характеризует самые разные виды агрегатов и устройств: электроники, механизмов, транспортных средств и многих других. Хотя данное правило нестрогое, потому что можно, например, говорить о мощности излучения солнца.

это интересно
Кинетическая энергия
Какой энергией обладает летящий самолет и можно ли этой энергией зарядить телефон

Полезная информация о мощности

Определения мощности в разных разделах физики, соответствующие формулы, а также распространенные единицы измерения представлены в таблице.

Обозначения мощности	W, P, N
Мощность в механике	Механическая работа, совершенная в единицу времени: N = A/t
Мощность в электродинамике	Работа тока, совершенная в единицу времени: P = A/t
Мощность в термодинамике	Скорость выделившейся теплоты в единицу времени: N = Q/t
Единица измерения мощности в системе СИ	Вт (ватт) = 1 Дж/с
Единица измерения мощности в астрофизике	эрг/с
Единица измерения мощности двигателей	1 лошадиная сила (л.с.)

Как обозначается мощность

Есть три варианта обозначения мощности:

• W – в международной системе СИ;
• P – в формулах механики и электродинамики (от англ. power – сила);
• N – в формулах гидродинамики и механики, чаще в русскоязычной литературе (от французского французского nombre — количество [работы за единицу времени]).

Все формулы мощности

Понятие мощности применяется в разных разделах физики, например в механике, термо- и электродинамике. В зависимости от рассматриваемой области мощность можно выразить через разные величины, поэтому формулы будут иметь разный вид.

Например, электрическая мощность определенного участка цепи определяется как произведение силы тока и напряжения на нем:

\(\mathrm P(\mathrm t)\;=\;\mathrm I(\mathrm t)\;\cdot\;\mathrm U(\mathrm t)\)

Буква (t) означает, что речь идет о мгновенной величине, то есть силе, которая проявляется за бесконечно малый промежуток времени (буквально доли секунды).

В термодинамике нередко рассматривают тепловую мощность N. Ее можно определить как скорость выделения тепла (количество теплоты Q) в единицу времени t:

\(\mathrm N\;=\;\frac<\mathrm Q><\mathrm t>\)

С этим тесно связано понятие коэффициента полезного действия (КПД), которое определяется как процент полезной энергии механизма от общего количества затраченной энергии:

\(\mathrm<КПД>\;=\frac<\mathrm><\mathrm>\;\cdot\;100\%\)

Формулы механической мощности

Можно отдельно выделить формулы механической мощности. В самом простом случае это количество работы в единицу времени, то есть:

\(\mathrm N\;=\;\frac<\mathrm A><\mathrm t>\)

Рассматривая мощность как силовую величину, получим, формулу произведения силы, приложенной к телу, на скорость его перемещения под воздействием этой силы:

\(\mathrm N\;=\;\mathrm F\;\cdot\;\mathrm v\)

Мощность можно представить и как произведение вектора силы на вектор скорости, то есть значений этих величин на косинус угла между ними:

\(\mathrm N\;=\;\mathrm F\;\cdot\;\mathrm v\;=\;\mathrm F\;\cdot\;\mathrm v\;\cdot\mathrm\)

Если рассматривать чисто вращательное движение (например, волчок), формула определяется через момент силы М (Н*м), угловую скорость w (рад/с) и количество полных оборотов в минуту (об/мин):

\(\mathrm N\;=\;\mathrm M\;\cdot\;\mathrm w\;=\;\frac<2\mathrm\pi\;\cdot\;\mathrm M\;\cdot\;\mathrm n>\)

Единица измерения

Мощность измеряется в разных единицах:

• система СИ – Вт (ватт), то есть один джоуль работы в секунду (Дж/с);
• астрофизика, теоретическая физика – эрг в секунду (эрг/с);
• в характеристиках двигателей транспортных средств (в том числе авто, локомотивы, корабли) – лошадиная сила (л.с.).

Причем наряду с метрической лошадиной силой, распространенной в большинстве стран, есть также старинная мера английской лошадиной силы. Обычная лошадиная сила соответствует 735,5 Вт, в то время как английская – 745,7 Вт.

В школьном курсе физики и на практике мощность зачастую измеряют по системе СИ, то есть в ваттах (Вт). Именно к Вт применяют производные, например киловатт (кВт). Это обозначение, например, используют для определения расхода электричества бытовых приборов. Так, расход бытового холодильника в зависимости от модели соответствует 200-500 кВт*ч.

это интересно
Закон Кулона
Что это такое и как применяется на практике один из фундаментальных законов физики

Формулы электрической мощности

Есть понятие и электрической мощности. Оно означает скорость передачи электроэнергии либо скорость ее преобразования, например, в тепло. Величина прямо пропорционально зависит от силы тока и напряжения на участке цепи, поэтому формула следующая:

\(\mathrm P\;=\;\mathrm I\;\cdot\;\mathrm U\)

С другой стороны, электрическую мощность можно выразить и через работу электрического поля в единицу времени. Тогда формула будет такой:

\(\mathrm P\;=\;\frac<\mathrm A><\mathrm t>\)

Единица измерения

В системе СИ электрическая мощность измеряется в Вт (ватт), международное обозначение W. Как известно, работу измеряют в джоулях, а время – в секундах. Поэтому один ватт соответствует работе в один джоуль, выполненной за одну секунду, то есть:

\(1\;\mathrm<Вт>\;=\frac<1\;\mathrm<Дж>><1\;\mathrm с>\)

Такую единицу измерения иногда упрощенно называют «джоуль-секунда». Хотя нужно понимать, что речь идет не о произведении, а именно об отношении работы к единице времени.

С другой стороны, электрическую мощность можно определить как произведение силы тока на напряжение. Исходя из этого единицей измерения является вольт-ампер:

\(1\;\mathrm<Вт>\;=\;1\;\mathrm В\;\cdot\;1\;\mathrm А\)

Такую единицу упрощенно называют «вольт-ампер». Причем речь идет именно о произведении величин, а не об их отношении.

Задачи на мощность с решением

Можно привести несколько примеров задач на мощность из разных разделов физики.

Задача 1
Человек поднимает ведро с водой из скважины колодца, прикладывая для этого силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а общее время для поднятия на поверхность – 30 секунд. Какова мощность, которую развивает человек для поднятия одного ведра с водой?

Решение
В данном случае речь идет о механической мощности, которая определяется по простейшей формуле N = A/t. Работу можно рассчитать, зная приложенную силу и перемещение ведра воды (в данном случае в вертикальном направлении): A = F • S = 60 • 10 = 600 Дж. Теперь осталось посчитать N = 600 /₃₀ = 20 Вт.

Ответ: Для поднятия одного ведра воды человек развивает мощность 20 Вт.

Задача 2
Комнату освещает лампа, мощность которой составляет 110 Вт. Напряжение в электрической сети квартиры стандартное и соответствует 220 Вт. Какова сила тока, проходящего через лампу?

Решение
По условиям задачи мощность P = 100 Вт, а напряжение U = 220 В. Известно, что P = I • U, откуда следует, что I = P /_U. Поэтому I = 100 /₂₂₀ = 0,45 А.

Ответ: Сила тока, проходящего через лампу, составляет 0,45 А.

Задача 3
Какой должна быть мощность источника тепла, чтобы полностью восполнить теплопотери через кирпичную стену, если ее толщина L = 0,5 м, а общая площадь S = 50 м 2 ? Наружная температура стены составляет T₂ = -30 о С, внутренняя температура T₁ = +20 о C.

Решение
Через кирпичную стену проходит тепловой поток q, который определяется по формуле q = λ • S • (T₁ – T₂) /_L, где λ – это коэффициент теплопроводности кирпича (табличное значение) 0,56 Вт/(м* о С). Подставляя значения в формулу, получаем: q = 56 • 50 • (20+30) /_0,5 = 2800 Дж = 2,8 кДж.

Чтобы компенсировать эту тепловую потерю, необходим источник тепла не меньшей мощности, то есть минимум 2,8 кДж/с.

Ответ: W = 2.8 кДж/с.

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Юлия Крутова, учитель физики средней общеобразовательной школы №16 (Московская область, Орехово-Зуевский городской округ):

Как из формулы нахождения мощности получить работу?

Одна из формул определяет мощность как отношение работы ко времени, в течение которого она была выполнена, то есть: N=A/t. Из этого легко выразить: A=N*t.

Пригодятся ли формулы вычисления мощности на ЕГЭ?

Однозначно пригодятся, так как мощность – это универсальное понятие и может встретиться в задаче на любую тему.

Почему в 7 классе на физике начинают изучать мощность?

Потому что энергия – это базовое понятие, на котором строятся все законы физики и описание окружающего мира. А мощность характеризует скорость изменения энергии системы (скорость совершения работы), поэтому понятие мощности вводится в школе одним из первых.