Encore une fois sur la puissance : active, réactive, apparente (P, Q, S), ainsi que le facteur de puissance (PF). Formule et définition de la puissance mécanique. La puissance est une quantité physique, une formule de puissance. À quoi est égale la puissance dans la formule physique.

Informations théoriques de base

Travail mécanique

Les caractéristiques énergétiques du mouvement sont introduites sur la base du concept travail mécanique ou travail forcé. Travail effectué par une force constante F, est une grandeur physique égale au produit des modules de force et de déplacement multiplié par le cosinus de l'angle entre les vecteurs force F et les mouvements S:

Le travail est une quantité scalaire. Il peut être soit positif (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). À α = 90° le travail effectué par la force est nul. Dans le système SI, le travail est mesuré en joules (J). Un joule est égal au travail effectué par une force de 1 newton pour se déplacer de 1 mètre dans la direction de la force.

Si la force change avec le temps, alors pour trouver le travail, construisez un graphique de la force en fonction du déplacement et trouvez l'aire de la figure sous le graphique - c'est le travail :

Un exemple de force dont le module dépend de la coordonnée (déplacement) est la force élastique d’un ressort, qui obéit à la loi de Hooke ( F contrôle = kx).

Pouvoir

Le travail effectué par une force par unité de temps est appelé pouvoir. Pouvoir P.(parfois désigné par la lettre N) – grandeur physique égale au rapport de travail UNà une période de temps t au cours de laquelle ces travaux ont été réalisés :

Cette formule calcule puissance moyenne, c'est à dire. puissance caractérisant généralement le processus. Ainsi, le travail peut aussi s’exprimer en termes de pouvoir : UN = Pt(si, bien sûr, la puissance et le temps d'exécution du travail sont connus). L'unité de puissance s'appelle le watt (W) ou 1 joule par seconde. Si le mouvement est uniforme, alors :

En utilisant cette formule, nous pouvons calculer puissance instantanée(puissance à un instant donné), si au lieu de la vitesse on substitue la valeur de la vitesse instantanée dans la formule. Comment savoir quelle puissance compter ? Si le problème demande de l’énergie à un moment donné ou à un moment donné dans l’espace, alors l’instantané est considéré. S'ils posent des questions sur la puissance sur une certaine période de temps ou sur une partie de l'itinéraire, recherchez la puissance moyenne.

Efficacité - facteur d'efficacité, est égal au rapport travail utile/dépensé, ou puissance utile/dépensée :

Quel travail est utile et lequel est gaspillé est déterminé à partir des conditions d'une tâche spécifique grâce à un raisonnement logique. Par exemple, si une grue effectue le travail de levage d'une charge à une certaine hauteur, alors le travail utile sera le travail de levage de la charge (puisque c'est dans ce but que la grue a été créée), et le travail dépensé sera le travail effectué par le moteur électrique de la grue.

Ainsi, le pouvoir utile et le pouvoir dépensé n’ont pas de définition stricte et sont trouvés par un raisonnement logique. Dans chaque tâche, nous devons nous-mêmes déterminer quel était le but du travail dans cette tâche (travail ou pouvoir utile) et quel était le mécanisme ou la manière de faire tout le travail (pouvoir ou travail dépensé).

En général, l’efficacité montre l’efficacité avec laquelle un mécanisme convertit un type d’énergie en un autre. Si la puissance change avec le temps, alors le travail est trouvé comme l'aire de la figure sous le graphique de la puissance en fonction du temps :

Énergie cinétique

Une quantité physique égale à la moitié du produit de la masse d’un corps par le carré de sa vitesse est appelée énergie cinétique du corps (énergie de mouvement):

Autrement dit, si une voiture pesant 2 000 kg se déplace à une vitesse de 10 m/s, alors elle a une énergie cinétique égale à E k = 100 kJ et est capable d'effectuer 100 kJ de travail. Cette énergie peut se transformer en chaleur (lorsqu'une voiture freine, les pneus des roues, la route et les disques de frein chauffent) ou peut être dépensée pour déformer la voiture et la carrosserie avec laquelle la voiture entre en collision (lors d'un accident). Lors du calcul de l'énergie cinétique, peu importe où la voiture se déplace, puisque l'énergie, comme le travail, est une quantité scalaire.

Un corps a de l’énergie s’il peut travailler. Par exemple, un corps en mouvement possède de l'énergie cinétique, c'est-à-dire énergie de mouvement et est capable d'effectuer un travail pour déformer des corps ou conférer une accélération aux corps avec lesquels une collision se produit.

La signification physique de l'énergie cinétique : pour qu'un corps au repos avec une masse m a commencé à bouger à grande vitesse v il est nécessaire d'effectuer un travail égal à la valeur obtenue de l'énergie cinétique. Si le corps a une masse m se déplace à grande vitesse v, alors pour l'arrêter il faut faire un travail égal à son énergie cinétique initiale. Au freinage, l'énergie cinétique est principalement (sauf en cas de choc, où l'énergie va à la déformation) « emportée » par la force de frottement.

Théorème sur l'énergie cinétique : le travail de la force résultante est égal à la variation de l'énergie cinétique du corps :

Le théorème sur l'énergie cinétique est également valable dans le cas général, lorsqu'un corps se déplace sous l'influence d'une force changeante dont la direction ne coïncide pas avec la direction du mouvement. Il est pratique d’appliquer ce théorème aux problèmes impliquant l’accélération et la décélération d’un corps.

Énergie potentielle

Avec l'énergie cinétique ou énergie de mouvement, le concept joue un rôle important en physique énergie potentielle ou énergie d'interaction des corps.

L'énergie potentielle est déterminée par la position relative des corps (par exemple, la position du corps par rapport à la surface de la Terre). Le concept d'énergie potentielle ne peut être introduit que pour les forces dont le travail ne dépend pas de la trajectoire du corps et n'est déterminé que par les positions initiale et finale (dites forces conservatrices). Le travail effectué par de telles forces sur une trajectoire fermée est nul. Cette propriété est possédée par la gravité et la force élastique. Pour ces forces nous pouvons introduire la notion d’énergie potentielle.

Énergie potentielle d'un corps dans le champ de gravité terrestre calculé par la formule :

La signification physique de l'énergie potentielle d'un corps : l'énergie potentielle est égale au travail effectué par la gravité lors de l'abaissement du corps jusqu'au niveau zéro ( h– distance du centre de gravité du corps au niveau zéro). Si un corps a de l'énergie potentielle, alors il est capable d'effectuer un travail lorsque ce corps tombe d'une hauteur. h au niveau zéro. Le travail effectué par la gravité est égal à la variation de l'énergie potentielle du corps, prise avec le signe opposé :

Souvent, dans les problèmes énergétiques, il faut trouver le travail de soulever (retourner, sortir d'un trou) le corps. Dans tous ces cas, il faut considérer le mouvement non pas du corps lui-même, mais uniquement de son centre de gravité.

L'énergie potentielle Ep dépend du choix du niveau zéro, c'est-à-dire du choix de l'origine de l'axe OY. Dans chaque problème, le niveau zéro est choisi pour des raisons de commodité. Ce qui a une signification physique n’est pas l’énergie potentielle elle-même, mais son changement lorsqu’un corps passe d’une position à une autre. Ce changement est indépendant du choix du niveau zéro.

Énergie potentielle d'un ressort étiré calculé par la formule :

Où: k– la raideur du ressort. Un ressort étendu (ou comprimé) peut mettre en mouvement un corps qui lui est attaché, c'est-à-dire transmettre de l'énergie cinétique à ce corps. Par conséquent, un tel ressort dispose d’une réserve d’énergie. Tension ou compression X doit être calculé à partir de l’état non déformé du corps.

L'énergie potentielle d'un corps élastiquement déformé est égale au travail effectué par la force élastique lors du passage d'un état donné à un état de déformation nulle. Si dans l'état initial le ressort était déjà déformé et que son allongement était égal à X 1, puis lors du passage à un nouvel état avec allongement X 2, la force élastique fera un travail égal à la variation de l'énergie potentielle, prise avec le signe opposé (puisque la force élastique est toujours dirigée contre la déformation du corps) :

L'énergie potentielle lors de la déformation élastique est l'énergie d'interaction des parties individuelles du corps les unes avec les autres par des forces élastiques.

Le travail de la force de frottement dépend du chemin parcouru (ce type de force, dont le travail dépend de la trajectoire et du chemin parcouru s'appelle : forces dissipatives). La notion d’énergie potentielle pour la force de frottement ne peut être introduite.

Efficacité

Facteur d'efficacité (efficacité)– caractéristique de l'efficacité d'un système (appareil, machine) en matière de conversion ou de transmission d'énergie. Elle est déterminée par le rapport entre l'énergie utilement utilisée et la quantité totale d'énergie reçue par le système (la formule a déjà été donnée ci-dessus).

L'efficacité peut être calculée à la fois par le travail et par la puissance. Le travail utile et dépensé (puissance) est toujours déterminé par un simple raisonnement logique.

Dans les moteurs électriques, l'efficacité est le rapport entre le travail mécanique effectué (utile) et l'énergie électrique reçue de la source. Dans les moteurs thermiques, rapport entre le travail mécanique utile et la quantité de chaleur dépensée. Dans les transformateurs électriques, rapport entre l’énergie électromagnétique reçue dans l’enroulement secondaire et l’énergie consommée par l’enroulement primaire.

De par sa généralité, la notion d'efficacité permet de comparer et d'évaluer d'un seul point de vue des systèmes aussi différents que les réacteurs nucléaires, les générateurs et moteurs électriques, les centrales thermiques, les dispositifs semi-conducteurs, les objets biologiques, etc.

En raison des pertes d'énergie inévitables dues au frottement, à l'échauffement des corps environnants, etc. L'efficacité est toujours inférieure à l'unité. En conséquence, l'efficacité est exprimée en fraction de l'énergie dépensée, c'est-à-dire en fraction propre ou en pourcentage, et constitue une quantité sans dimension. L'efficacité caractérise l'efficacité avec laquelle une machine ou un mécanisme fonctionne. Le rendement des centrales thermiques atteint 35 à 40 %, celui des moteurs à combustion interne avec suralimentation et prérefroidissement – ​​40 à 50 %, des dynamos et des générateurs de grande puissance – 95 %, des transformateurs – 98 %.

Un problème pour lequel vous devez trouver l'efficacité ou qui est connu, vous devez commencer par un raisonnement logique - quel travail est utile et lequel est gaspillé.

Loi de conservation de l'énergie mécanique

Énergie mécanique totale est appelé la somme de l'énergie cinétique (c'est-à-dire l'énergie de mouvement) et potentielle (c'est-à-dire l'énergie d'interaction des corps par les forces de gravité et d'élasticité) :

Si l'énergie mécanique ne se transforme pas sous d'autres formes, par exemple en énergie interne (thermique), alors la somme de l'énergie cinétique et potentielle reste inchangée. Si l'énergie mécanique se transforme en énergie thermique, alors la variation de l'énergie mécanique est égale au travail de la force de frottement ou des pertes d'énergie, ou à la quantité de chaleur dégagée, et ainsi de suite, en d'autres termes, la variation de l'énergie mécanique totale est égale au travail des forces extérieures :

La somme de l'énergie cinétique et potentielle des corps qui composent un système fermé (c'est-à-dire un système dans lequel aucune force externe n'agit et leur travail est par conséquent nul) et des forces gravitationnelles et élastiques en interaction les unes avec les autres reste inchangée :

Cette déclaration exprime loi de conservation de l'énergie (LEC) dans les processus mécaniques. C'est une conséquence des lois de Newton. La loi de conservation de l'énergie mécanique n'est satisfaite que lorsque les corps d'un système fermé interagissent les uns avec les autres par les forces d'élasticité et de gravité. Dans tous les problèmes relatifs à la loi de conservation de l’énergie, il y aura toujours au moins deux états d’un système de corps. La loi stipule que l’énergie totale du premier état sera égale à l’énergie totale du deuxième état.

Algorithme de résolution de problèmes sur la loi de conservation de l'énergie :

1. Trouvez les points de la position initiale et finale du corps.
2. Notez quelles énergies le corps possède à ces points.
3. Associez l’énergie initiale et finale du corps.
4. Ajoutez d'autres équations nécessaires des sujets de physique précédents.
5. Résolvez l'équation ou le système d'équations résultant à l'aide de méthodes mathématiques.

Il est important de noter que la loi de conservation de l'énergie mécanique a permis d'obtenir une relation entre les coordonnées et les vitesses d'un corps en deux points différents de la trajectoire sans analyser la loi du mouvement du corps en tous points intermédiaires. L'application de la loi de conservation de l'énergie mécanique peut grandement simplifier la solution de nombreux problèmes.

Dans des conditions réelles, les corps en mouvement sont presque toujours soumis, aux côtés des forces gravitationnelles, des forces élastiques et d'autres forces, à des forces de friction ou à des forces de résistance environnementales. Le travail effectué par la force de frottement dépend de la longueur du trajet.

Si des forces de frottement agissent entre les corps qui composent un système fermé, alors l'énergie mécanique n'est pas conservée. Une partie de l'énergie mécanique est convertie en énergie interne des corps (chauffage). Ainsi, l’énergie dans son ensemble (c’est-à-dire pas seulement mécanique) est conservée dans tous les cas.

Lors de toute interaction physique, l’énergie n’apparaît ni ne disparaît. Cela change simplement d’une forme à une autre. Ce fait établi expérimentalement exprime une loi fondamentale de la nature : loi de conservation et de transformation de l'énergie.

L'une des conséquences de la loi de conservation et de transformation de l'énergie est l'affirmation de l'impossibilité de créer une « machine à mouvement perpétuel » (perpetuum mobile) - une machine qui pourrait travailler indéfiniment sans consommer d'énergie.

Diverses tâches pour le travail

Si le problème nécessite de trouver un travail mécanique, sélectionnez d'abord une méthode pour le trouver :

1. Un emploi peut être trouvé en utilisant la formule : UN = FS∙cos α . Trouvez la force qui fait le travail et l'ampleur du déplacement du corps sous l'influence de cette force dans le référentiel choisi. A noter que l'angle doit être choisi entre les vecteurs force et déplacement.
2. Le travail effectué par une force externe peut être trouvé comme la différence d'énergie mécanique dans les situations finale et initiale. L'énergie mécanique est égale à la somme des énergies cinétiques et potentielles du corps.
3. Le travail effectué pour soulever un corps à vitesse constante peut être trouvé à l’aide de la formule : UN = mgh, Où h- la hauteur à laquelle il s'élève centre de gravité du corps.
4. Le travail peut être considéré comme le produit du pouvoir et du temps, c'est-à-dire selon la formule : UN = Pt.
5. Le travail peut être trouvé comme l'aire de la figure sous le graphique de la force en fonction du déplacement ou de la puissance en fonction du temps.

Loi de conservation de l'énergie et dynamique du mouvement de rotation

Les problèmes de ce sujet sont mathématiquement assez complexes, mais si vous connaissez l'approche, ils peuvent être résolus à l'aide d'un algorithme tout à fait standard. Dans tous les problèmes, vous devrez considérer la rotation du corps dans le plan vertical. La solution se résumera à la séquence d'actions suivante :

1. Vous devez déterminer le point qui vous intéresse (le point auquel vous devez déterminer la vitesse du corps, la tension du fil, le poids, etc.).
2. Notez à ce stade la deuxième loi de Newton, en tenant compte du fait que le corps tourne, c’est-à-dire qu’il a une accélération centripète.
3. Écrivez la loi de conservation de l'énergie mécanique afin qu'elle contienne la vitesse du corps à ce point très intéressant, ainsi que les caractéristiques de l'état du corps dans un état dont on sait quelque chose.
4. En fonction de la condition, exprimez le carré de la vitesse à partir d’une équation et remplacez-la par l’autre.
5. Effectuez les opérations mathématiques restantes nécessaires pour obtenir le résultat final.

Lorsque vous résolvez des problèmes, vous devez vous rappeler que :

• La condition pour passer le point haut lors d'une rotation sur un filetage à une vitesse minimale est la force de réaction du support N au point haut est 0. La même condition est remplie lors du passage du point haut de la boucle morte.
• Lors d'une rotation sur une tige, la condition pour parcourir tout le cercle est : la vitesse minimale au point haut est de 0.
• La condition pour la séparation d'un corps de la surface de la sphère est que la force de réaction du support au point de séparation soit nulle.

Collisions inélastiques

La loi de conservation de l'énergie mécanique et la loi de conservation de la quantité de mouvement permettent de trouver des solutions à des problèmes mécaniques dans les cas où les forces agissant sont inconnues. Un exemple de ce type de problème est l’interaction d’impact des corps.

Par impact (ou collision) Il est d'usage d'appeler une interaction à court terme des corps, à la suite de laquelle leurs vitesses subissent des changements importants. Lors d'une collision de corps, des forces d'impact à court terme agissent entre eux, dont l'ampleur est généralement inconnue. Il est donc impossible de considérer l’interaction d’impact directement en utilisant les lois de Newton. L'application des lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement permet dans de nombreux cas d'exclure le processus de collision lui-même de la considération et d'obtenir un lien entre les vitesses des corps avant et après la collision, en contournant toutes les valeurs intermédiaires de ces quantités.

Nous sommes souvent confrontés à l'interaction impactante des corps dans la vie quotidienne, en technologie et en physique (en particulier dans la physique de l'atome et des particules élémentaires). En mécanique, deux modèles d'interaction d'impact sont souvent utilisés - impacts absolument élastiques et absolument inélastiques.

Impact absolument inélastique Ils appellent cette interaction d’impact dans laquelle les corps se connectent (se collent) les uns aux autres et avancent comme un seul corps.

Dans une collision totalement inélastique, l’énergie mécanique n’est pas conservée. Elle se transforme partiellement ou totalement en énergie interne des corps (chauffage). Pour décrire d'éventuels impacts, il faut noter à la fois la loi de conservation de la quantité de mouvement et la loi de conservation de l'énergie mécanique, en tenant compte de la chaleur dégagée (il est fortement conseillé de faire au préalable un dessin).

Impact absolument élastique

Impact absolument élastique appelée collision dans laquelle l'énergie mécanique d'un système de corps est conservée. Dans de nombreux cas, les collisions d'atomes, de molécules et de particules élémentaires obéissent aux lois de l'impact absolument élastique. Avec un impact absolument élastique, ainsi que la loi de conservation de la quantité de mouvement, la loi de conservation de l'énergie mécanique est satisfaite. Un exemple simple de collision parfaitement élastique serait l’impact central de deux boules de billard, dont l’une était au repos avant la collision.

Grève centrale balles est appelée une collision dans laquelle les vitesses des balles avant et après l'impact sont dirigées le long de la ligne des centres. Ainsi, en utilisant les lois de conservation de l'énergie mécanique et de la quantité de mouvement, il est possible de déterminer les vitesses des billes après une collision si leurs vitesses avant la collision sont connues. L'impact central est très rarement réalisé dans la pratique, notamment lorsqu'il s'agit de collisions d'atomes ou de molécules. Dans une collision élastique non centrale, les vitesses des particules (balles) avant et après la collision ne sont pas dirigées sur une ligne droite.

Un cas particulier d'impact élastique décentré peut être la collision de deux boules de billard de même masse, dont l'une était immobile avant la collision, et la vitesse de la seconde n'était pas dirigée le long de la ligne des centres des boules. . Dans ce cas, les vecteurs vitesse des balles après une collision élastique sont toujours dirigés perpendiculairement les uns aux autres.

Lois de conservation. Tâches complexes

Plusieurs corps

Dans certains problèmes sur la loi de conservation de l'énergie, les câbles avec lesquels certains objets sont déplacés peuvent avoir une masse (c'est-à-dire ne pas être en apesanteur, comme vous en avez peut-être déjà l'habitude). Dans ce cas, le travail de déplacement de ces câbles (à savoir leurs centres de gravité) doit également être pris en compte.

Si deux corps reliés par une tige en apesanteur tournent dans un plan vertical, alors :

1. choisissez un niveau zéro pour calculer l'énergie potentielle, par exemple au niveau de l'axe de rotation ou au niveau du point le plus bas d'un des poids et veillez à faire un dessin ;
2. notez la loi de conservation de l'énergie mécanique, dans laquelle sur le côté gauche nous écrivons la somme de l'énergie cinétique et potentielle des deux corps dans la situation initiale, et sur le côté droit nous écrivons la somme de l'énergie cinétique et potentielle de les deux corps dans la situation finale ;
3. tenir compte du fait que les vitesses angulaires des corps sont les mêmes, alors les vitesses linéaires des corps sont proportionnelles aux rayons de rotation ;
4. si nécessaire, écrivez séparément la deuxième loi de Newton pour chacun des corps.

L'obus a éclaté

Lorsqu'un projectile explose, une énergie explosive est libérée. Pour retrouver cette énergie, il faut soustraire l'énergie mécanique du projectile avant l'explosion de la somme des énergies mécaniques des fragments après l'explosion. Nous utiliserons également la loi de conservation de la quantité de mouvement, écrite sous la forme du théorème du cosinus (méthode vectorielle) ou sous forme de projections sur des axes sélectionnés.

Collisions avec une plaque lourde

Rencontrons une plaque lourde qui se déplace à grande vitesse v, une légère boule de masse se déplace m avec rapidité toi n. Puisque l’élan de la balle est bien inférieur à l’élan de la plaque, après l’impact, la vitesse de la plaque ne changera pas et elle continuera à se déplacer à la même vitesse et dans la même direction. À la suite de l’impact élastique, la balle s’éloignera de la plaque. Il est important de comprendre ici que la vitesse de la balle par rapport à la plaque ne changera pas. Dans ce cas, pour la vitesse finale de la balle on obtient :

Ainsi, la vitesse de la balle après impact augmente de deux fois la vitesse du mur. Un raisonnement similaire pour le cas où avant l'impact la balle et la plaque se déplaçaient dans la même direction conduit au résultat que la vitesse de la balle diminue de deux fois la vitesse du mur :

En physique et en mathématiques, entre autres, trois conditions importantes doivent être remplies :

1. Étudiez tous les sujets et complétez tous les tests et devoirs donnés dans le matériel pédagogique de ce site. Pour ce faire, vous n'avez besoin de rien du tout, à savoir : consacrer trois à quatre heures chaque jour à préparer le CT en physique et mathématiques, à étudier la théorie et à résoudre des problèmes. Le fait est que le CT est un examen où il ne suffit pas de connaître la physique ou les mathématiques, il faut aussi être capable de résoudre rapidement et sans échec un grand nombre de problèmes sur des sujets différents et de complexité variable. Cette dernière ne peut être apprise qu’en résolvant des milliers de problèmes.
2. Apprenez toutes les formules et lois de la physique, ainsi que les formules et méthodes des mathématiques. En fait, c’est aussi très simple à faire ; il n’existe qu’environ 200 formules nécessaires en physique, et même un peu moins en mathématiques. Dans chacune de ces matières, il existe environ une douzaine de méthodes standards pour résoudre des problèmes d'un niveau de complexité de base, qui peuvent également être apprises, et ainsi, de manière entièrement automatique et sans difficulté, résoudre la plupart des CT au bon moment. Après cela, vous n’aurez plus qu’à penser aux tâches les plus difficiles.
3. Assistez aux trois étapes des tests de répétition en physique et en mathématiques. Chaque RT peut être visité deux fois pour décider des deux options. Encore une fois, sur le CT, en plus de la capacité à résoudre rapidement et efficacement des problèmes et de la connaissance des formules et des méthodes, vous devez également être capable de bien planifier le temps, de répartir les forces et, surtout, de remplir correctement le formulaire de réponse, sans confondre les nombres de réponses et de problèmes, ou votre propre nom de famille. De plus, pendant la RT, il est important de s'habituer au style de pose de questions dans les problèmes, qui peut sembler très inhabituel à une personne non préparée au DT.

La mise en œuvre réussie, assidue et responsable de ces trois points vous permettra d'afficher un excellent résultat au CT, le maximum de ce dont vous êtes capable.

Vous avez trouvé une erreur ?

Si vous pensez avoir trouvé une erreur dans le matériel de formation, veuillez nous en informer par e-mail. Vous pouvez également signaler une erreur sur le réseau social (). Dans la lettre, indiquez le sujet (physique ou mathématique), le nom ou le numéro du sujet ou du test, le numéro du problème, ou l'endroit dans le texte (page) où, à votre avis, il y a une erreur. Décrivez également quelle est l'erreur suspectée. Votre lettre ne passera pas inaperçue, soit l'erreur sera corrigée, soit on vous expliquera pourquoi ce n'est pas une erreur.

Qui soulèvera toute la charge à une hauteur plus rapidement, une personne ou une grue ?

Afin de traîner 5 sacs de pommes de terre d'un jardin situé à quelques kilomètres de chez vous, vous devrez faire des allers-retours avec un seau toute la journée. Et si vous prenez une charrette, vous pouvez le faire en deux à trois heures. Quelle est la différence? La différence réside dans la rapidité avec laquelle le travail est effectué.

La puissance caractérise la vitesse à laquelle le travail est effectué.

La puissance (N) est une grandeur physique égale au rapport du travail A à la période de temps t pendant laquelle ce travail a été effectué.

puissance = travail/temps,

ou

où N est la puissance,

Un travail,

t – temps.

La puissance indique la quantité de travail effectuée par unité de temps.

Dans le Système International (SI), l'unité de puissance est appelée Watt (W) en l'honneur de l'inventeur anglais James Watt (Watt), qui a construit la première machine à vapeur.

[N] = W = J/s

1 W = 1 J / 1 s

1 Watt est égal à la puissance d’une force qui effectue 1 J de travail en 1 seconde

ou, lorsqu'une charge pesant 100 g est levée à une hauteur de 1 m en 1 seconde

James Watt lui-même (1736 - 1819) a utilisé une autre unité de puissance - la puissance (1 ch), qu'il a introduite afin de comparer les performances d'une machine à vapeur et d'un cheval. 1 ch = 735W. La puissance est encore utilisée aujourd’hui, par exemple, pour parler de la puissance d’une voiture ou d’un camion.

Application du pouvoir en physique

La puissance est la caractéristique la plus importante de tout moteur. Différents moteurs produisent une puissance complètement différente. Cela peut être soit des centièmes de kilowatts, par exemple le moteur d'un rasoir électrique, soit des millions de kilowatts, par exemple le moteur d'un lanceur de vaisseau spatial.

Sous différentes charges, un moteur de voiture produit une puissance différente pour continuer à se déplacer à la même vitesse. Par exemple, à mesure que la masse de la charge augmente, le poids de la voiture augmente et, par conséquent, la force de frottement sur la surface de la route augmente, et pour maintenir la même vitesse que sans charge, le moteur devra faire plus de travail. En conséquence, la puissance générée par le moteur augmentera. Le moteur consommera plus de carburant. Ceci est bien connu de tous les conducteurs. Cependant, à grande vitesse, l'inertie d'un véhicule en mouvement joue également un rôle important, d'autant plus important que sa masse est importante. Les chauffeurs de camion expérimentés trouvent la combinaison optimale entre vitesse et consommation d'essence afin que le camion consomme moins de carburant.

Il s’avère que la source d’énergie mécanique la plus puissante est une arme à feu !

À l'aide d'un canon, vous pouvez lancer un boulet de canon pesant 900 kg à une vitesse de 500 m/s, développant environ 110 000 000 J de travail en 0,01 seconde. Ce travail équivaut au travail de levage de 75 tonnes de marchandises jusqu'au sommet de la pyramide de Khéops (hauteur 150 m)

La puissance du tir du canon sera de 11 000 000 000 W = 15 000 000 ch.

Le terme « pouvoir » en physique a une signification spécifique. Le travail mécanique peut être effectué à différentes vitesses. Et la puissance mécanique signifie la rapidité avec laquelle ce travail est effectué. La capacité de mesurer correctement la puissance est essentielle à l’utilisation des ressources énergétiques.

Différents types de pouvoir

Pour la formule de la puissance mécanique, l'expression suivante est utilisée :

Le numérateur de la formule est le travail dépensé et le dénominateur est le temps nécessaire à son achèvement. Ce rapport s’appelle la puissance.

Il existe trois grandeurs qui peuvent être utilisées pour exprimer la puissance : instantanée, moyenne et crête :

1. La puissance instantanée est un indicateur de puissance mesuré à un instant donné. Si nous considérons l’équation de la puissance N = ΔA/Δt, alors la puissance instantanée est celle qui est prise sur une période de temps extrêmement courte Δt. S'il existe une dépendance graphique de la puissance en fonction du temps, alors la puissance instantanée est simplement la valeur lue sur le graphique à un instant donné. Autre expression pour la puissance instantanée :

1. La puissance moyenne est une valeur de puissance mesurée sur une période de temps relativement longue Δt ;
2. La puissance de crête est la valeur maximale que peut avoir la puissance instantanée dans un système particulier pendant une certaine période de temps. Les chaînes stéréo et les moteurs de voiture sont des exemples d’appareils capables de fournir une puissance maximale bien supérieure à leur puissance nominale moyenne. Toutefois, ce niveau de puissance peut être maintenu pendant une courte période. Bien que cela puisse être plus important pour les performances de l'appareil que la puissance moyenne.

Important! La forme différentielle de l'équation N = dA/dt est universelle. Si le travail mécanique est effectué uniformément sur le temps t, alors la puissance moyenne sera égale à la puissance instantanée.

De l’équation générale, nous obtenons l’entrée suivante :

où A sera le travail total effectué pendant un temps t donné. Ensuite, avec un fonctionnement uniforme, l'indicateur calculé est égal à la puissance instantanée, et en cas de fonctionnement irrégulier, à la puissance moyenne.

Dans quelles unités la puissance est-elle mesurée ?

L'unité standard de mesure de la puissance est le watt (W), du nom de l'inventeur et industriel écossais James Watt. D'après la formule, W = J/s.

Il existe une autre unité de puissance encore largement utilisée aujourd’hui : la puissance (HP).

Intéressant. Le terme « chevaux-vapeur » trouve son origine au XVIIe siècle, lorsque les chevaux étaient utilisés pour soulever des charges dans les mines. Un l. Avec. égale à la puissance pour soulever 75 kg 1 m en 1 s. Cela équivaut à 735,5 watts.

Puissance de puissance

L’équation du pouvoir combine le travail effectué et le temps. Puisque nous savons que le travail est effectué par des forces et que les forces peuvent déplacer des objets, nous pouvons dériver une autre expression pour la puissance instantanée :

1. Travaux effectués en force lors d'un déplacement :

A = F x S x cos φ.

1. Si on met A dans la formule universelle pourN, la puissance de la force est déterminée :

N = (F x S x cos φ)/t = F x V x cos φ, puisque V = S/t.

1. Si la force est parallèle à la vitesse des particules, alors la formule prend la forme:

Pouvoir des objets en rotation

Les processus associés à la rotation des objets peuvent être décrits par des équations similaires. L'équivalent de la force de rotation est le couple M, l'équivalent de la vitesse V est la vitesse angulaire ω.

Si on remplace les valeurs correspondantes, on obtient la formule :

M = F x r, où r est le rayon de rotation.

Pour calculer la puissance d’un arbre tournant contre une force, la formule est utilisée :

N = 2π x M x n,

où n est la vitesse en tours/s (n = ω/2π).

Cela donne la même expression simplifiée :

Ainsi, le moteur peut atteindre une puissance élevée soit à régime élevé, soit en ayant un couple élevé. Si la vitesse angulaire ω est nulle, alors la puissance est également nulle, quel que soit le couple.

Vidéo

Afin de retirer 10 sacs de pommes de terre d'un jardin situé à quelques kilomètres de chez vous, vous devrez transporter un seau toute la journée. Si vous prenez un chariot conçu pour un seul sac, vous pouvez le faire en deux à trois heures.

Eh bien, si vous jetez tous les sacs dans une charrette tirée par un cheval, votre récolte sera transportée en toute sécurité dans votre cave dans une demi-heure. Quelle est la différence? La différence réside dans la rapidité avec laquelle le travail est effectué. La vitesse du travail mécanique est caractérisée par une grandeur physique étudiée dans le cours de physique de septième année. Cette quantité est appelée puissance. La puissance indique la quantité de travail effectuée par unité de temps. Autrement dit, pour trouver du pouvoir, vous devez diviser le travail effectué par le temps passé.

Formule de calcul de puissance

Et dans ce cas, la formule de calcul de la puissance prend la forme suivante : puissance = travail/temps, ou

où N est la puissance,
Un travail,
t - temps.

L'unité de puissance est le watt (1 W). 1 W est la puissance à laquelle 1 joule de travail est effectué en 1 seconde. Cette unité porte le nom de l'inventeur anglais J. Watt, qui a construit la première machine à vapeur. Il est curieux que Watt lui-même ait utilisé une unité de puissance différente - la puissance, et que la formule de puissance en physique sous la forme sous laquelle nous la connaissons aujourd'hui a été introduite plus tard. La puissance est encore utilisée aujourd’hui, par exemple, pour parler de la puissance d’une voiture ou d’un camion. Une puissance équivaut à environ 735,5 watts.

Application du pouvoir en physique

La puissance est la caractéristique la plus importante de tout moteur. Différents moteurs produisent une puissance complètement différente. Cela peut être soit des centièmes de kilowatts, par exemple le moteur d'un rasoir électrique, soit des millions de kilowatts, par exemple le moteur d'un lanceur de vaisseau spatial. Sous une charge différente le moteur de la voiture produit une puissance différente continuer à avancer à la même vitesse. Par exemple, à mesure que la masse de la charge augmente, le poids de la voiture augmente et, par conséquent, la force de frottement sur la surface de la route augmente, et pour maintenir la même vitesse que sans charge, le moteur devra faire plus de travail. En conséquence, la puissance générée par le moteur augmentera. Le moteur consommera plus de carburant. Ceci est bien connu de tous les conducteurs. Cependant, à grande vitesse, l'inertie d'un véhicule en mouvement joue également un rôle important, d'autant plus important que sa masse est importante. Les chauffeurs de camion expérimentés trouvent la combinaison optimale entre vitesse et consommation d'essence afin que le camion consomme moins de carburant.