Ancora una volta parliamo di potenza: attiva, reattiva, apparente (P, Q, S), nonché fattore di potenza (PF). Formula e definizione della potenza meccanica. La potenza è una quantità fisica, formula di potenza. A cosa corrisponde la potenza nella formula fisica

Informazioni teoriche di base

Lavoro meccanico

Le caratteristiche energetiche del movimento vengono introdotte sulla base del concetto lavoro meccanico o lavoro di forza. Lavoro compiuto da una forza costante F, è una quantità fisica pari al prodotto della forza e dei moduli di spostamento moltiplicato per il coseno dell'angolo tra i vettori della forza F e movimenti S:

Il lavoro è una quantità scalare. Può essere positivo (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). A α = 90° il lavoro compiuto dalla forza è zero. Nel sistema SI il lavoro si misura in joule (J). Un joule è uguale al lavoro compiuto da una forza di 1 newton per spostarsi di 1 metro nella direzione della forza.

Se la forza cambia nel tempo, per trovare il lavoro, costruisci un grafico della forza rispetto allo spostamento e trova l'area della figura sotto il grafico: questo è il lavoro:

Un esempio di forza il cui modulo dipende dalla coordinata (spostamento) è la forza elastica di una molla, che obbedisce alla legge di Hooke ( F controllo = kx).

Energia

Si chiama il lavoro compiuto da una forza per unità di tempo energia. Energia P(a volte indicato con la lettera N) – grandezza fisica pari al rapporto di lavoro UN ad un periodo di tempo T durante il quale è stato completato questo lavoro:

Questa formula calcola potenza media, cioè. potere che caratterizza generalmente il processo. Quindi il lavoro può essere espresso anche in termini di potenza: UN = Pt(se, ovviamente, si conoscono la potenza e il tempo di esecuzione del lavoro). L'unità di potenza è chiamata watt (W) o 1 joule al secondo. Se il moto è uniforme allora:

Usando questa formula possiamo calcolare potenza istantanea(potenza in un dato istante), se al posto della velocità sostituiamo nella formula il valore della velocità istantanea. Come fai a sapere quale potenza contare? Se il problema richiede potenza in un momento temporale o in un punto qualsiasi dello spazio, allora viene considerato istantaneo. Se chiedono informazioni sulla potenza per un determinato periodo di tempo o parte del percorso, cerca la potenza media.

Efficienza - fattore di efficienza, è uguale al rapporto tra lavoro utile e spesa, o potenza utile e spesa:

Quale lavoro è utile e quale è sprecato è determinato dalle condizioni di un compito specifico attraverso il ragionamento logico. Ad esempio, se una gru svolge il lavoro di sollevare un carico ad una certa altezza, allora il lavoro utile sarà il lavoro di sollevamento del carico (poiché è per questo scopo che è stata creata la gru), e il lavoro speso sarà il lavoro svolto dal motore elettrico della gru.

Pertanto, il potere utile e quello speso non hanno una definizione rigorosa e si trovano mediante un ragionamento logico. In ogni compito, noi stessi dobbiamo determinare quale fosse l'obiettivo del lavoro in questo compito (lavoro utile o potere) e quale fosse il meccanismo o il modo di eseguire tutto il lavoro (potere o lavoro speso).

In generale, l’efficienza mostra quanto efficientemente un meccanismo converte un tipo di energia in un altro. Se la potenza cambia nel tempo, il lavoro si trova come l'area della figura sotto il grafico della potenza in funzione del tempo:

Energia cinetica

Viene chiamata una quantità fisica pari alla metà del prodotto della massa di un corpo per il quadrato della sua velocità energia cinetica del corpo (energia del movimento):

Cioè, se un'auto che pesa 2000 kg si muove alla velocità di 10 m/s, allora ha un'energia cinetica pari a E k = 100 kJ ed è in grado di compiere 100 kJ di lavoro. Questa energia può trasformarsi in calore (quando un'auto frena, i pneumatici delle ruote, la strada e i dischi dei freni si riscaldano) o può essere spesa per deformare l'auto e la carrozzeria con cui l'auto si è scontrata (in un incidente). Quando si calcola l'energia cinetica, non importa dove si muove l'auto, poiché l'energia, come il lavoro, è una quantità scalare.

Un corpo ha energia se può compiere un lavoro. Ad esempio, un corpo in movimento ha energia cinetica, cioè energia del movimento ed è in grado di compiere lavoro per deformare i corpi o imprimere accelerazione ai corpi con cui avviene una collisione.

Il significato fisico dell'energia cinetica: in ordine per un corpo in riposo con una massa M cominciò a muoversi velocemente vè necessario compiere un lavoro pari al valore ottenuto dell'energia cinetica. Se il corpo ha massa M si muove a velocità v, allora per fermarlo è necessario compiere un lavoro pari alla sua energia cinetica iniziale. In frenata l'energia cinetica viene principalmente (tranne nei casi di impatto, quando l'energia va a deformazione) “portata via” dalla forza di attrito.

Teorema dell'energia cinetica: il lavoro compiuto dalla forza risultante è pari alla variazione dell'energia cinetica del corpo:

Il teorema dell'energia cinetica è valido anche nel caso generale, quando un corpo si muove sotto l'influenza di una forza variabile, la cui direzione non coincide con la direzione del movimento. È conveniente applicare questo teorema ai problemi che coinvolgono l'accelerazione e la decelerazione di un corpo.

Energia potenziale

Insieme all'energia cinetica o energia del movimento, il concetto gioca un ruolo importante in fisica energia potenziale o energia di interazione dei corpi.

L'energia potenziale è determinata dalla posizione relativa dei corpi (ad esempio, la posizione del corpo rispetto alla superficie della Terra). Il concetto di energia potenziale può essere introdotto solo per forze il cui lavoro non dipende dalla traiettoria del corpo ed è determinato solo dalle posizioni iniziale e finale (le cosiddette forze conservatrici). Il lavoro compiuto da tali forze su una traiettoria chiusa è zero. La gravità e l'elasticità hanno questa proprietà. Per queste forze possiamo introdurre il concetto di energia potenziale.

Energia potenziale di un corpo nel campo gravitazionale terrestre calcolato con la formula:

Il significato fisico dell'energia potenziale di un corpo: l'energia potenziale è uguale al lavoro compiuto dalla gravità quando si abbassa il corpo al livello zero ( H– distanza dal baricentro del corpo al livello zero). Se un corpo ha energia potenziale, allora è in grado di compiere lavoro quando cade da un'altezza H al livello zero. Il lavoro compiuto dalla gravità è pari alla variazione dell'energia potenziale del corpo, presa con il segno opposto:

Spesso nei problemi energetici bisogna trovare il lavoro di sollevare (girare, uscire da un buco) il corpo. In tutti questi casi è necessario considerare il movimento non del corpo stesso, ma solo del suo baricentro.

L'energia potenziale Ep dipende dalla scelta del livello zero, cioè dalla scelta dell'origine dell'asse OY. In ogni problema il livello zero viene scelto per ragioni di comodità. Ciò che ha un significato fisico non è l'energia potenziale in sé, ma il suo cambiamento quando un corpo si sposta da una posizione all'altra. Questo cambiamento è indipendente dalla scelta del livello zero.

Energia potenziale di una molla allungata calcolato con la formula:

Dove: K– rigidità della molla. Una molla estesa (o compressa) può mettere in movimento un corpo ad essa attaccato, cioè impartire energia cinetica a questo corpo. Di conseguenza, una tale molla ha una riserva di energia. Tensione o compressione X deve essere calcolato dallo stato indeformato del corpo.

L'energia potenziale di un corpo elasticamente deformato è uguale al lavoro compiuto dalla forza elastica durante la transizione da un dato stato a uno stato con deformazione nulla. Se nello stato iniziale la molla era già deformata e il suo allungamento era pari a X 1, poi al passaggio ad un nuovo stato con allungamento X 2, la forza elastica compirà un lavoro pari alla variazione di energia potenziale, presa con il segno opposto (poiché la forza elastica è sempre diretta contro la deformazione del corpo):

L'energia potenziale durante la deformazione elastica è l'energia di interazione delle singole parti del corpo tra loro mediante forze elastiche.

Il lavoro della forza di attrito dipende dal percorso percorso (questo tipo di forza, il cui lavoro dipende dalla traiettoria e dal percorso percorso si chiama: forze dissipative). Non è possibile introdurre il concetto di energia potenziale per la forza di attrito.

Efficienza

Fattore di efficienza (efficienza)– caratteristica dell'efficienza di un sistema (dispositivo, macchina) in relazione alla conversione o trasmissione di energia. È determinato dal rapporto tra l'energia utilmente utilizzata e la quantità totale di energia ricevuta dal sistema (la formula è già stata fornita sopra).

L’efficienza può essere calcolata sia attraverso il lavoro che attraverso la potenza. Il lavoro utile e speso (potere) sono sempre determinati da un semplice ragionamento logico.

Nei motori elettrici, l'efficienza è il rapporto tra il lavoro meccanico svolto (utile) e l'energia elettrica ricevuta dalla fonte. Nei motori termici, rapporto tra lavoro meccanico utile e quantità di calore spesa. Nei trasformatori elettrici, rapporto tra l'energia elettromagnetica ricevuta nell'avvolgimento secondario e l'energia consumata dall'avvolgimento primario.

Per la sua generalità, il concetto di efficienza consente di confrontare e valutare da un unico punto di vista sistemi diversi come reattori nucleari, generatori e motori elettrici, centrali termiche, dispositivi a semiconduttore, oggetti biologici, ecc.

A causa delle inevitabili perdite di energia dovute all'attrito, al riscaldamento dei corpi circostanti, ecc. L'efficienza è sempre inferiore all'unità. Di conseguenza, l'efficienza è espressa come una frazione dell'energia spesa, cioè come una frazione propria o come percentuale, ed è una quantità adimensionale. L'efficienza caratterizza l'efficienza con cui funziona una macchina o un meccanismo. L'efficienza delle centrali termoelettriche raggiunge il 35-40%, i motori a combustione interna con sovralimentazione e preraffreddamento - 40-50%, dinamo e generatori ad alta potenza - 95%, trasformatori - 98%.

Un problema in cui è necessario trovare l'efficienza o è noto, è necessario iniziare con un ragionamento logico: quale lavoro è utile e quale è sprecato.

Legge di conservazione dell'energia meccanica

Energia meccanica totaleè chiamata la somma dell'energia cinetica (cioè l'energia del movimento) e potenziale (cioè l'energia di interazione dei corpi da parte delle forze di gravità ed elasticità):

Se l'energia meccanica non si trasforma in altre forme, ad esempio in energia interna (termica), la somma dell'energia cinetica e potenziale rimane invariata. Se l'energia meccanica si trasforma in energia termica, allora la variazione dell'energia meccanica è uguale al lavoro della forza di attrito o delle perdite di energia, o alla quantità di calore rilasciato, e così via, in altre parole, la variazione dell'energia meccanica totale è uguale al lavoro delle forze esterne:

La somma dell'energia cinetica e potenziale dei corpi che compongono un sistema chiuso (cioè in cui non agiscono forze esterne e il loro lavoro è corrispondentemente nullo) e delle forze gravitazionali ed elastiche che interagiscono tra loro rimane invariata:

Questa affermazione esprime legge di conservazione dell'energia (LEC) nei processi meccanici. È una conseguenza delle leggi di Newton. La legge di conservazione dell'energia meccanica è soddisfatta solo quando i corpi in un sistema chiuso interagiscono tra loro mediante forze di elasticità e gravità. In tutti i problemi sulla legge di conservazione dell'energia ci saranno sempre almeno due stati di un sistema di corpi. La legge afferma che l'energia totale del primo stato sarà uguale all'energia totale del secondo stato.

Algoritmo per la risoluzione di problemi sulla legge di conservazione dell'energia:

Trova i punti della posizione iniziale e finale del corpo.
Annota quali o quali energie ha il corpo in questi punti.
Equiparare l'energia iniziale e finale del corpo.
Aggiungi altre equazioni necessarie da argomenti di fisica precedenti.
Risolvere l'equazione o il sistema di equazioni risultante utilizzando metodi matematici.

È importante notare che la legge di conservazione dell'energia meccanica ha permesso di ottenere una relazione tra le coordinate e le velocità di un corpo in due diversi punti della traiettoria senza analizzare la legge del moto del corpo in tutti i punti intermedi. L'applicazione della legge di conservazione dell'energia meccanica può semplificare notevolmente la soluzione di molti problemi.

Nelle condizioni reali, sui corpi in movimento agiscono quasi sempre, oltre alle forze gravitazionali, alle forze elastiche e ad altre forze, anche forze di attrito o forze di resistenza ambientale. Il lavoro compiuto dalla forza di attrito dipende dalla lunghezza del percorso.

Se tra i corpi che compongono un sistema chiuso agiscono forze di attrito, l’energia meccanica non si conserva. Parte dell'energia meccanica viene convertita in energia interna dei corpi (riscaldamento). Pertanto, l’energia nel suo insieme (cioè non solo quella meccanica) viene comunque conservata.

Durante qualsiasi interazione fisica, l'energia non appare né scompare. Cambia semplicemente da una forma all'altra. Questo fatto stabilito sperimentalmente esprime una legge fondamentale della natura: legge di conservazione e trasformazione dell'energia.

Una delle conseguenze della legge di conservazione e trasformazione dell'energia è l'affermazione sull'impossibilità di creare una "macchina a moto perpetuo" (perpetuum mobile) - una macchina che potrebbe lavorare indefinitamente senza consumare energia.

Vari compiti per il lavoro

Se il problema richiede la ricerca di lavoro meccanico, seleziona prima un metodo per trovarlo:

Un lavoro può essere trovato utilizzando la formula: UN = FS∙cos α . Trova la forza che compie il lavoro e l'entità dello spostamento del corpo sotto l'influenza di questa forza nel sistema di riferimento scelto. Si noti che l'angolo deve essere scelto tra i vettori forza e spostamento.
Il lavoro compiuto da una forza esterna può essere trovato come differenza di energia meccanica nella situazione finale e in quella iniziale. L’energia meccanica è uguale alla somma dell’energia cinetica e potenziale del corpo.
Il lavoro compiuto per sollevare un corpo a velocità costante può essere calcolato utilizzando la formula: UN = mgh, Dove H- altezza a cui sorge baricentro del corpo.
Il lavoro può essere trovato come il prodotto di potenza e tempo, cioè secondo la formula: UN = Pt.
Il lavoro può essere trovato come l'area della figura sotto il grafico della forza rispetto allo spostamento o della potenza rispetto al tempo.

Legge di conservazione dell'energia e dinamica del moto rotatorio

I problemi di questo argomento sono matematicamente piuttosto complessi, ma se si conosce l'approccio, possono essere risolti utilizzando un algoritmo completamente standard. In tutti i problemi dovrai considerare la rotazione del corpo nel piano verticale. La soluzione si ridurrà alla seguente sequenza di azioni:

Devi determinare il punto che ti interessa (il punto in cui devi determinare la velocità del corpo, la forza di tensione del filo, il peso e così via).
Scrivi a questo punto la seconda legge di Newton, tenendo conto che il corpo ruota, cioè ha un’accelerazione centripeta.
Annota la legge di conservazione dell'energia meccanica in modo che contenga la velocità del corpo in quel punto molto interessante, nonché le caratteristiche dello stato del corpo in uno stato di cui si sa qualcosa.
A seconda della condizione, esprimi la velocità al quadrato da un'equazione e sostituiscila nell'altra.
Eseguire le restanti operazioni matematiche necessarie per ottenere il risultato finale.

Quando risolvi i problemi, devi ricordare che:

La condizione per superare il punto superiore durante la rotazione su una filettatura alla velocità minima è la forza di reazione del supporto N nel punto più alto è 0. La stessa condizione è soddisfatta quando si supera il punto più alto del circuito morto.
Quando si ruota su un'asta, la condizione per percorrere l'intero cerchio è: la velocità minima nel punto più alto è 0.
La condizione per la separazione di un corpo dalla superficie della sfera è che la forza di reazione del supporto nel punto di separazione sia zero.

Urti anelastici

La legge di conservazione dell'energia meccanica e la legge di conservazione della quantità di moto consentono di trovare soluzioni a problemi meccanici nei casi in cui le forze agenti sono sconosciute. Un esempio di questo tipo di problema è l'interazione d'impatto dei corpi.

Per impatto (o collisione)È consuetudine chiamare un'interazione a breve termine dei corpi, a seguito della quale le loro velocità subiscono cambiamenti significativi. Durante una collisione di corpi, tra loro agiscono forze di impatto a breve termine, la cui entità, di regola, è sconosciuta. Pertanto, è impossibile considerare l'interazione d'impatto utilizzando direttamente le leggi di Newton. L'applicazione delle leggi di conservazione dell'energia e della quantità di moto in molti casi consente di escludere dalla considerazione il processo di collisione stesso e ottenere una connessione tra le velocità dei corpi prima e dopo la collisione, aggirando tutti i valori intermedi di queste quantità.

Spesso abbiamo a che fare con l'interazione d'impatto dei corpi nella vita di tutti i giorni, nella tecnologia e nella fisica (soprattutto nella fisica dell'atomo e delle particelle elementari). In meccanica vengono spesso utilizzati due modelli di interazione d'impatto: impatti assolutamente elastici e assolutamente anelastici.

Impatto assolutamente anelastico chiamata tale interazione d'impatto in cui i corpi si collegano (si attaccano insieme) tra loro e si muovono ulteriormente come un unico corpo.

In un urto completamente anelastico l’energia meccanica non si conserva. Si trasforma parzialmente o completamente nell'energia interna dei corpi (riscaldamento). Per descrivere eventuali impatti è necessario trascrivere sia la legge di conservazione della quantità di moto che la legge di conservazione dell'energia meccanica, tenendo conto del calore sprigionato (è altamente consigliabile fare prima un disegno).

Impatto assolutamente elastico

Impatto assolutamente elastico chiamato urto in cui si conserva l'energia meccanica di un sistema di corpi. In molti casi, le collisioni di atomi, molecole e particelle elementari obbediscono alle leggi dell'impatto assolutamente elastico. Con un impatto assolutamente elastico, insieme alla legge di conservazione della quantità di moto, è soddisfatta la legge di conservazione dell'energia meccanica. Un semplice esempio di urto perfettamente elastico sarebbe l'impatto centrale di due palle da biliardo, una delle quali era ferma prima dell'urto.

Colpo centrale palle si chiama collisione in cui le velocità delle palle prima e dopo l'impatto sono dirette lungo la linea dei centri. Pertanto, utilizzando le leggi di conservazione dell'energia meccanica e della quantità di moto, è possibile determinare la velocità delle sfere dopo una collisione se si conosce la loro velocità prima della collisione. L'impatto centrale viene implementato molto raramente nella pratica, soprattutto quando si tratta di collisioni di atomi o molecole. In un urto elastico non centrale, le velocità delle particelle (sfere) prima e dopo l'urto non sono dirette su una linea retta.

Un caso speciale di impatto elastico decentrato può essere la collisione di due palle da biliardo della stessa massa, una delle quali era immobile prima dell'urto e la velocità della seconda non era diretta lungo la linea dei centri delle palle . In questo caso, i vettori velocità delle sfere dopo un urto elastico sono sempre diretti perpendicolari tra loro.

Leggi di conservazione. Compiti complessi

Corpi multipli

In alcuni problemi sulla legge di conservazione dell'energia, i cavi con cui si muovono determinati oggetti possono avere massa (cioè non essere privi di peso, come potresti già essere abituato). In questo caso bisogna tenere conto anche del lavoro di spostamento di tali cavi (ovvero del loro baricentro).

Se due corpi collegati da un'asta priva di peso ruotano su un piano verticale, allora:

scegli un livello zero per calcolare l'energia potenziale, ad esempio a livello dell'asse di rotazione o a livello del punto più basso di uno dei pesi e assicurati di fare un disegno;
annotare la legge di conservazione dell'energia meccanica, in cui sul lato sinistro scriviamo la somma dell'energia cinetica e potenziale di entrambi i corpi nella situazione iniziale, e sul lato destro scriviamo la somma dell'energia cinetica e potenziale di entrambi gli organi nella situazione finale;
si tenga conto che le velocità angolari dei corpi sono le stesse, allora le velocità lineari dei corpi sono proporzionali ai raggi di rotazione;
se necessario, scrivi separatamente la seconda legge di Newton per ciascuno dei corpi.

Il proiettile è scoppiato

Quando un proiettile esplode, viene rilasciata energia esplosiva. Per trovare questa energia è necessario sottrarre l'energia meccanica del proiettile prima dell'esplosione dalla somma delle energie meccaniche dei frammenti dopo l'esplosione. Utilizzeremo anche la legge di conservazione della quantità di moto, scritta sotto forma di teorema del coseno (metodo vettoriale) o sotto forma di proiezioni su assi selezionati.

Collisioni con una piastra pesante

Incontriamo un piatto pesante che si muove velocemente v, una palla leggera di massa si sta muovendo M con velocità tu N. Poiché la quantità di moto della palla è molto inferiore alla quantità di moto del piatto, dopo l'impatto la velocità del piatto non cambierà e continuerà a muoversi alla stessa velocità e nella stessa direzione. Come risultato dell'impatto elastico, la palla volerà via dal piatto. È importante capirlo qui la velocità della palla rispetto al piatto non cambierà. In questo caso, per la velocità finale della palla otteniamo:

Pertanto, la velocità della palla dopo l'impatto aumenta del doppio della velocità del muro. Un ragionamento simile per il caso in cui prima dell'impatto la palla e la piastra si muovevano nella stessa direzione porta al risultato che la velocità della palla diminuisce del doppio della velocità del muro:

In fisica e matematica, tra le altre cose, devono essere soddisfatte tre condizioni importantissime:

Studia tutti gli argomenti e completa tutti i test e i compiti forniti nei materiali didattici su questo sito. Per fare questo non hai bisogno di nulla, vale a dire: dedicare tre o quattro ore ogni giorno alla preparazione per il CT in fisica e matematica, studiando la teoria e risolvendo problemi. Il fatto è che il TC è un esame in cui non basta conoscere solo la fisica o la matematica, bisogna anche essere in grado di risolvere velocemente e senza errori un gran numero di problemi su argomenti diversi e di varia complessità. Quest'ultimo può essere appreso solo risolvendo migliaia di problemi.
Impara tutte le formule e le leggi della fisica e le formule e i metodi della matematica. In effetti, anche questo è molto semplice da fare; in fisica ci sono solo circa 200 formule necessarie, e anche un po' meno in matematica. In ciascuna di queste materie esistono circa una dozzina di metodi standard per risolvere problemi di livello base di complessità, che possono anche essere appresi e, quindi, in modo completamente automatico e senza difficoltà, risolvendo la maggior parte dei CT al momento giusto. Dopodiché dovrai pensare solo ai compiti più difficili.
Partecipa a tutte e tre le fasi delle prove generali di fisica e matematica. Ogni RT può essere visitato due volte per decidere su entrambe le opzioni. Ancora una volta, nel TC, oltre alla capacità di risolvere problemi in modo rapido ed efficiente e alla conoscenza di formule e metodi, è necessario anche essere in grado di pianificare adeguatamente il tempo, distribuire le forze e, soprattutto, compilare correttamente il modulo di risposta, senza confondere i numeri delle risposte e dei problemi, o il proprio cognome. Inoltre, durante il RT, è importante abituarsi allo stile di porre domande sui problemi, che può sembrare molto insolito per una persona impreparata al DT.

L'implementazione riuscita, diligente e responsabile di questi tre punti ti consentirà di mostrare un risultato eccellente al CT, il massimo di ciò di cui sei capace.

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Chi solleverà l'intero carico ad un'altezza più velocemente, una persona o una gru?

Per trascinare 5 sacchi di patate da un orto situato a un paio di chilometri da casa, dovrai correre avanti e indietro con un secchio tutto il giorno. E se prendi un carrello, puoi farlo in due o tre ore. Qual è la differenza? La differenza sta nella velocità con cui il lavoro viene svolto.

La potenza caratterizza la velocità con cui viene svolto il lavoro.

La potenza (N) è una quantità fisica pari al rapporto tra il lavoro A e il periodo di tempo t durante il quale tale lavoro è stato eseguito.

potenza = lavoro/tempo,

dove N è la potenza,

Un lavoro,

t – tempo.

La potenza indica la quantità di lavoro svolto nell'unità di tempo.

Nel Sistema Internazionale (SI), l'unità di potenza è chiamata Watt (W) in onore dell'inventore inglese James Watt (Watt), che costruì la prima macchina a vapore.

[N] = W = J/s

1 W = 1 J/1 s

1 Watt equivale alla potenza di una forza che compie 1 J di lavoro in 1 secondo

O, quando un carico di 100 g viene sollevato ad un'altezza di 1 m in 1 secondo

Lo stesso James Watt (1736-1819) utilizzò un'altra unità di potenza: la potenza (1 hp), che introdusse per confrontare le prestazioni di un motore a vapore e di un cavallo. 1 CV = 735 W. La potenza viene utilizzata ancora oggi, ad esempio, quando si parla della potenza di un'auto o di un camion.

Applicazione della potenza in fisica

Sotto carichi diversi, il motore di un’auto produce una potenza diversa per continuare a muoversi alla stessa velocità. Ad esempio, all'aumentare della massa del carico, aumenta il peso dell'auto e, di conseguenza, aumenta la forza di attrito sulla superficie stradale e per mantenere la stessa velocità che senza carico, il motore dovrà svolgere più lavoro. Di conseguenza, la potenza generata dal motore aumenterà. Il motore consumerà più carburante. Questo è ben noto a tutti i conducenti. Tuttavia, alle alte velocità, gioca un ruolo significativo anche l'inerzia di un veicolo in movimento, tanto maggiore quanto maggiore è la sua massa. I conducenti di camion esperti trovano la combinazione ottimale di velocità e consumo di benzina in modo che il camion bruci meno carburante.

Si scopre che la fonte più potente di energia meccanica è un'arma da fuoco!

Utilizzando un cannone si può lanciare una palla di cannone del peso di 900 kg alla velocità di 500 m/s, sviluppando circa 110.000.000 J di lavoro in 0,01 secondi. Questo lavoro equivale al lavoro di sollevamento di 75 tonnellate di carico sulla cima della piramide di Cheope (altezza 150 m)

La potenza del colpo di cannone sarà di 11.000.000.000 di W = 15.000.000 di CV.

Il termine “potere” in fisica ha un significato specifico. Il lavoro meccanico può essere eseguito a velocità diverse. E la potenza meccanica indica la velocità con cui viene svolto questo lavoro. La capacità di misurare correttamente la potenza è essenziale per l'utilizzo delle risorse energetiche.

Diversi tipi di potere

Per la formula della potenza meccanica si utilizza la seguente espressione:

Il numeratore della formula è il lavoro svolto e il denominatore è il periodo di tempo per il suo completamento. Questo rapporto è chiamato potenza.

Le grandezze che possono essere utilizzate per esprimere la potenza sono tre: istantanea, media e di picco:

La potenza istantanea è un indicatore di potenza misurato in un dato momento nel tempo. Se consideriamo l'equazione per la potenza N = ΔA/Δt, allora la potenza istantanea è quella prelevata in un periodo di tempo estremamente piccolo Δt. Se viene tracciata graficamente la dipendenza della potenza dal tempo, la potenza istantanea è semplicemente il valore letto dal grafico in un dato momento nel tempo. Un'altra espressione per potenza istantanea:

La potenza media è un valore di potenza misurato su un periodo di tempo relativamente lungo Δt;
La potenza di picco è il valore massimo che la potenza istantanea può avere in un particolare sistema durante un certo periodo di tempo. Gli impianti stereo e i motori delle automobili sono esempi di dispositivi in grado di fornire la potenza massima ben al di sopra della potenza nominale media. Tuttavia, questo livello di potenza può essere mantenuto per un breve periodo. Sebbene possa essere più importante per le prestazioni del dispositivo rispetto alla potenza media.

Importante! La forma differenziale dell'equazione N = dA/dt è universale. Se il lavoro meccanico viene eseguito in modo uniforme nel tempo t, la potenza media sarà uguale alla potenza istantanea.

Dall'equazione generale otteniamo la seguente voce:

dove A sarà il lavoro totale svolto in un dato tempo t. Quindi, con un funzionamento uniforme, l'indicatore calcolato è uguale alla potenza istantanea e con un funzionamento irregolare, la potenza media.

In quali unità si misura la potenza?

L'unità standard per misurare la potenza è il watt (W), dal nome dell'inventore e industriale scozzese James Watt. Secondo la formula, W = J/s.

Esiste un'altra unità di potenza ancora ampiamente utilizzata oggi: la potenza (hp).

Interessante. Il termine "potenza" affonda le sue origini nel XVII secolo, quando i cavalli venivano utilizzati per sollevare carichi dalle miniere. Uno l. Con. pari alla potenza necessaria per sollevare 75 kg 1 m in 1 s. Ciò equivale a 735,5 watt.

Potenza

L’equazione della potenza combina il lavoro svolto e il tempo. Poiché sappiamo che il lavoro è compiuto dalle forze e che le forze possono spostare gli oggetti, possiamo derivare un'altra espressione per la potenza istantanea:

Lavoro compiuto dalla forza durante lo spostamento:

A = F x S x cos φ.

Se inseriamo A nella formula universale perN, la potenza della forza è determinata:

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

Se la forza è parallela alla velocità delle particelle, la formula assume la forma:

Potenza degli oggetti rotanti

I processi associati alla rotazione degli oggetti possono essere descritti da equazioni simili. L'equivalente della forza di rotazione è la coppia M, l'equivalente della velocità V è la velocità angolare ω.

Se sostituiamo i valori corrispondenti, otteniamo la formula:

M = F x r, dove r è il raggio di rotazione.

Per calcolare la potenza di un albero che ruota contro una forza, viene utilizzata la formula:

N = 2πxMxn,

dove n è la velocità in giri/s (n = ω/2π).

Questo dà la stessa espressione semplificata:

Pertanto, il motore può raggiungere una potenza elevata sia ad alta velocità che con una coppia elevata. Se la velocità angolare ω è zero, anche la potenza è zero, indipendentemente dalla coppia.

video

Per trascinare 10 sacchi di patate da un orto situato a un paio di chilometri da casa, dovrai portare avanti e indietro un secchio tutto il giorno. Se prendi un carrello progettato per una borsa, puoi farlo in due o tre ore.

Ebbene, se getti tutte le borse in un carro trainato da un cavallo, in mezz'ora il tuo raccolto si sposterà in sicurezza nella tua cantina. Qual è la differenza? La differenza sta nella velocità con cui il lavoro viene svolto. La velocità del lavoro meccanico è caratterizzata da una grandezza fisica studiata nel corso di fisica di seconda media. Questa quantità è chiamata potenza. La potenza indica la quantità di lavoro svolto nell'unità di tempo. Cioè, per trovare il potere, è necessario dividere il lavoro svolto per il tempo impiegato.

Formula per il calcolo della potenza

E in questo caso, la formula per il calcolo della potenza assume la seguente forma: potenza = lavoro / tempo, oppure

dove N è la potenza,
Un lavoro,
t - tempo.

L'unità di potenza è il watt (1 W). 1 W è la potenza alla quale viene svolto 1 joule di lavoro in 1 secondo. Questa unità prende il nome dall'inventore inglese J. Watt, che costruì il primo motore a vapore. È curioso che Watt stesso abbia utilizzato una diversa unità di potenza: la potenza, e la formula di potenza in fisica nella forma in cui la conosciamo oggi è stata introdotta in seguito. La potenza viene utilizzata ancora oggi, ad esempio, quando si parla della potenza di un'auto o di un camion. Una potenza equivale a circa 735,5 Watt.

Applicazione della potenza in fisica

La potenza è la caratteristica più importante di qualsiasi motore. Motori diversi producono una potenza completamente diversa. Può trattarsi di centesimi di kilowatt, ad esempio il motore di un rasoio elettrico, o milioni di kilowatt, ad esempio il motore di un veicolo di lancio di un veicolo spaziale. Sotto carico diverso il motore dell'auto produce una potenza diversa continuare a muoversi alla stessa velocità. Ad esempio, all'aumentare della massa del carico, aumenta il peso dell'auto e, di conseguenza, aumenta la forza di attrito sulla superficie stradale e per mantenere la stessa velocità che senza carico, il motore dovrà svolgere più lavoro. Di conseguenza, la potenza generata dal motore aumenterà. Il motore consumerà più carburante. Questo è ben noto a tutti i conducenti. Tuttavia, alle alte velocità, gioca un ruolo significativo anche l'inerzia di un veicolo in movimento, tanto maggiore quanto maggiore è la sua massa. I conducenti di camion esperti trovano la combinazione ottimale di velocità e consumo di benzina in modo che il camion bruci meno carburante.