Мощность

Воду из цистерны можно вычер­пывать ведрами, но для этой цели можно воспользоваться насо­сом, снабженным двигателем. Ме­ханическая работа, совершенная при этом, будет одной и той же. Но насос выполнит эту работу быст­рее, за более короткий промежуток времени. Значит, не только совер­шаемая работа, но и быстрота ее выполнения, т. е. работа, совер­шаемая в единицу времени,— важ­ная характеристика всякого устрой­ства, с помощью которого совер­шается работа. Величина, характе­ризующая быстроту выполнения ра­боты, называется мощностью. Обо­значают ее буквой N.

Мощностью называется величи­на, равная отношению совершенной работы к промежутку времени, за который она совершена:

Если мощность известна, то работа выражается равенством:

А=Nt (2)

Из формулы (1) видно, что в СИ за единицу мощности принимается джоуль в секунду (Дж/с). Называется эта единица ватт (Вт): 1 Вт=1 Дж/с. Название дано в честь изобретателя универсального парового двигателя Джемса У атт а.

Формула (2) позволяет ввести еще одну единицу работы (а значит, и энергии). За единицу работы можно принять работу, которая совершается в течение 1 с при мощности 1 Вт. Называется она

в атт-секундой (Вт-с): 1 Вт·с=1Дж. Часто используются более крупные единицы работы и энергии: киловатт-час (кВт-ч) и мегаватт-час (МВт-ч):

1 кВт-ч=1000 Вт-3600с = 3,б·I О⁶ Дж.

1 МВт- ч=1000 к Вт-3600с = 3,6·10⁹ Дж.

Мощность, сила и скорость. Самолеты, автомобили, корабли и другие транспортные средства дви­жутся часто с постоянной скоростью. Это значит, что силы, действующие на них благодаря работе двигателя, равны по модулю и противополож­ны по направлению силам сопротив­ления. От чего зависит скорость движения таких «тел»? Оказывается, она определяется мощностью дви­гателя В самом деле, примем, что сила F и перемещение s направле­ны вдоль координатной оси. Тогда работа в формуле (1) выразится равенством A=Fs, где Fиs — модули силы и перемещения. Сле­довательно, N=FS/t. Но S/t= v, v — скорость. Поэтому

A=Fs, V= s: t А=Nt

N= Fs: t или

N=Fv (3)

Эта формула показывает, что при постоянной силе сопротивления движению скорость пропорциональ­на мощности двигателя. Поэтому быстроходные поезда, автомобили, самолеты нуждаются в двигателях большой мощности.

Из формулы (3) видно также, что при постоянной мощности дви­гателя сила тем меньше, чем больше скорость.

Вот почему мы хорошо чувству­ем ускорение, когда автомобиль трогается с места (скорость еще мала, и сила поэтому велика), и почти не чувствуем его на большой скорости. Вот почему водитель автомобиля при подъеме в гору, когда нужна наибольшая сила тяги, переключает двигатель на малую скорость.

Вопросы

1. Что такое мощность? В каких единицах она выражается?

2. К числу каких величин, скалярных или векторных, относится мощность?

3. От чего зависит скорость равномер­ного движения тела, приводимого в дви­жение двигателем?

4. Как связаны между собой мощность, сила и скорость?

5. Какая физическая величина выражается в киловатт-часах?

6. Когда автомобиль набирает скорость при постоянной мощности двигателя, оста­ется ли сила тяги постоянной?

Упражнение 29

1. Самолет летит прямолинейно и рав­номерно со скоростью 900 км/ч. Какова сила сопротивления воздуха, если развиваемая двигателем самолета мощность рав­на 1В00 кВт?

2. Подъемный кран с двигателем мощностью В кВт поднимает груз с постоян­ной скоростью 6 м/мин. Какова масса груза?

На токарном станке обрабатывается вал. Мощность, развиваемая двигателем станка, 3 кВт. Какая совершается при этом работа, если на обработку вала уходит 2 мин?

4. Какая работа совершается на гид­ростанции в течение года, если средняя

. мощность ее генераторов равна 2,5 МВт?

5. Автомобиль массой 2000 кг движется по горизонтальной дороге со скоростью 72 км/ч. Сила сопротивления движению составляет 0,05 его веса. Определите, ка­кую мощность развивает при этом дви­гатель.

Дата добавления: 2014-01-14