Мощность
Урок 36. Физика 7 класс ФГОС
Конспект урока «Мощность»
«Жизнь учит только тех, кто её изучает»
В.О. Ключевский
В этой теме речь пойдёт о мощности.
В прошлой говорилось о физической величине — механической работе. Механическая работа — это скалярная физическая величина, пропорциональная приложенной к телу силе и пройденному телом пути. Единицей работы в системе СИ является Дж (джоуль). 1 Дж — эта работа, совершаемая силой 1 Н на пути, равном 1 м.
Было установлено, что механическая работа характеризует результат действия на тело силы на пройденном им пути. При отсутствии движения тела силы, действующие на тело, не совершают работы.
Однако одну и ту же работу можно выполнить за разный промежуток времени. Рассмотрим простой пример: человеку, для перемещения груза массой 20 кг на расстояние в 3 км необходимо затратить около 2 часов, а автомобилю для этого достаточно нескольких минут. Работа выполняется одинаковая. Одинаковая масса перемещается на одно и то же расстояние. Но быстрота совершения работы силой человека и силой тяги автомобиля разная. За единицу времени сила тяги автомобиля выполняет работу большую, чем сила человека. Для описания быстроты совершения работы вводится физическая величина, называемая мощностью.
Мощность — это физическая величина, численно равная работе, совершенной за единицу времени. Обозначается мощность латинской буквой N.
За единицу мощности в системе СИ принимается мощность, при которой действующая на тело сила за 1 с совершает работу в 1 Дж. Эта единица мощности называется ватт (Вт) в честь английского изобретателя Джеймса Уатта.
Для измерения больших мощностей используются кратные единицы: гВт (гектоватт), кВт (киловатт) и МВт (мегаватт). А для малых мощностей употребляются дольные единицы: мВт (милливатт) и мкВт (микроватт).
Автомобилисты по традиции используют старинную единицу мощности — лошадиную силу (л.с.). 1 л.с. — это мощность, которую развивает лошадь при подъеме груза, массой 75 кг на высоту 1 м за 1 с.
В этих внесистемных единицах мощность первого советского трактора «Коммунар» на гусеничном ходу была равна 50 л.с.
Опытный водитель всегда разумно использует мощность своей машины, управляя скоростью вращения колес. Почему? Запишем формулу мощности.
Распишем работу, как произведение силы и пройденного под действием этой силы пути.
Так как , то, можно записать, что мощность равна произведению силы, действующей на тело, и скорости тела.
Таким образом, при заданной мощности, чем меньше будет скорость тела, тем больше будет сила, действующая на него. Вот почему водители тракторов, вспахивая землю, т.е. когда требуется большая сила, едет на малой скорости, чтобы увеличить силу тяги двигателя. То же самое делает и водитель машины, трогаясь с места или двигаясь в гору. Именно для этого в автомобилях и тракторах есть специальное устройство для переключения скорости вращения колес — коробка передач, рукоятка которой расположена близко к правой руке водителя.
Зная мощность механизма, можно рассчитать работу, совершаемую этим механизмом за какой-нибудь промежуток времени.
Задача 1. Найдите мощность механизма, с помощью которого совершена работа в 3 МДж за 2 минуты.
Задача 2. На уроке физкультуры мальчик массой 50 кг поднялся по канату на высоту 6 м за 8 с. Определите среднюю мощность, развиваемую мальчиком при подъеме.
Задача 3. Определите мощность падающей воды, протекающей через плотину Саяно-Шушенской гидроэлектростанции, высота которой 242 м, а максимальный расход воды составляет 1434000 м 3 /мин.
Основные выводы:
– Мощность – это скалярная физическая величина, характеризующая быстроту совершения работы:
– Единица мощности в системе СИ является Вт (ватт).
– 1 Вт — это мощность, при которой за 1 с совершается работа 1 Дж.
– Одинаковую мощность можно получить либо при большой скорости и небольшой силе, либо, наоборот, при малой скорости и большой силе.
Источник
vulkan_avia
vulkan_avia Андрей Иванов
Авиационный инженер, частный пилот, руководитель проекта восстановления Ил-14, директор АОПА-Россия
Мощность — скорость совершения работы!
Ликбез для себя, или заметки на полях ЖЖ доходчиво объясняющие суть физики.
Что такое МОЩНОСТЬ?
Мощность — это скорость совершения работы.
Все, что может совершать работу, — человек, животное, падающая вода, двигатель, — обладает определенной мощностью.
Человек поднял на крышу дома груз в 25 кг за 12 секунд, а кран — за 1 секунду. Работа одна и та же, но кран сделал ее в 12 раз быстрее, следовательно, его мощность в 12 раз больше, чем мощность человека.
О мощности же двигателя или другого источника энергии судят не по количеству совершаемой работы, а по быстроте, с какой она совершается.
Чем же измеряется мощность?
Лошадиными силами. Лошадиная сила (л. с.) — это единица мощности. Она составляет примерно такую мощность, которую может развить очень сильная лошадь.
В механике лошадиная сила определяется точно: это способность за 1 секунду совершить 75 килограммометров работы, например, поднять за 1 секунду 75 килограммов на высоту 1 метра.
На рисунке показана работа моторов двух самолетов за 1 сек.
Первый самолет пролетает за 1 сек. 30 метров (108 километров в час), причем тяга винта составляет 250 кг.Следовательно, работа мотора за 1 сек. равна 250×30=7500 кг·м, что соответствует мощности 7500/75 = 100л.с.
Такова мощность, которая требуется самолету, чтобы лететь с данной скоростью.
Но так как часть мощности мотора затрачивается кроме полезной тяги, идущей на продвижение самолета, еще на различные непроизводительные и вредные потери винта, то полная мощность должна быть больше 100 л. с. На рисунке мощность мотора указана равной 140 л. с. Это значит, что потери винта составляют 40л.с.
Второй самолет (истребитель) пролетает в секунду 150 м (540 км/час). Тяга винта равна 400 кг. Следовательно, работа мотора за 1 сек. равна 400×150=60000 кг·м, что соответствует мощности: 60000/75 = 800 л.с.
При мощности мотора 1000 л. с. В данном случае потери составляют 200 л. с.
От чего же зависит мощность, развиваемая данным мотором?
От количества поступающего в цилиндры и сгорающего там в 1 секунду горючего (которое регулируется дроссельной заслонкой, управляемой сектором газа). Это понятно — ведь источником энергии для мотора является только горючее. Двигая сектором газа, мы можем заставить мотор работать с различной мощностью — от самой большой до самой малой. Положение сектора газа определяет в основном режим работы мотора.
Зависит или не зависит мощность мотора от оборотов?
Вот самолет Cessna-150 набирает высоту. Дроссель полностью открыт, мотор работает несомненно на полной мощности и дает, скажем, 2500 об/мин. Набрав высоту, летчик перешел в горизонтальный полет и убавил газ, т.е. уменьшил мощность мотора. Но обороты не падают и могут даже возрасти. Дальше летчик перешел в пикирование и полностью убрал газ. Мотор работает на самой малой мощности — всего каких-нибудь 1–2 л.с., а обороты не только не падают, но продолжают расти — 2300–2400 об/мин и т.д., и если не выйти из пикирования, обороты увеличатся так, что мотор выйдет из строя.
Мы видим, что у одного и того же мотора бóльшие обороты вовсе не означают большей мощности.
Но можно ли поэтому сказать, что мощность вовсе не зависит от оборотов?
Нет, нельзя. Это тоже будет неверно.
Итак, зависит или не зависит мощность мотора от оборотов? Давайте разберёмся.
Из чего складывается мощность мотора
Сила — это то, что действует в прямом направлении — тянет, толкает или давит. А вал мотора не тянет и не толкает свой маховик или винт, а поворачивает его с большим или меньшим усилием. Вот это вращающее или поворотное усилие называется вращающим, крутящим моментом или просто моментом.
Когда мы наворачиваем гайку на болт, мы прикладываем к ней момент — сначала небольшой (при помощи пальцев), пока гайка идет легко, а дальше, когда силы пальцев нехватает, пользуемся ключом для увеличения момента.
Точно так же для проворачивания воздушного винта при запуске мотора к винту прикладывают вращающий момент — руками или при помощи стартера. Поворачивая выключатель, рукоятку настройки приемника, кремальеру шкалы высотомера, педали велосипеда, — во всех случаях мы прикладываем не силу (как при подъеме гири), а момент.
Все двигатели — электрические, внутреннего сгорания — имеют вал, которому они сообщают свою энергию в виде крутящего момента различной величины. И чем сильнее двигатель, тем больший момент он создает на своем валу.
Итак, от чего зависит мощность, или, точнее: в чем выражается мощность двигателя?
Мы готовы ответить:
— В моменте на валу!
Раньше мы на тот же вопрос ответили, не задумываясь:
— В оборотах!
Тогда выяснилось, что мы ошиблись. Но разве мощность на самом деле не зависит от оборотов?
Мощность мотора зависит от двух величин:
1) от крутящего момента на валу и
2) от оборотов.
Если два двигателя имеют одинаковые моменты, т. е. вращают свои валы с одинаковой силой, то тот, который дает большие обороты, развивает большую мощность. И наоборот: если два двигателя дают одни и те же обороты, то тот, который дает больший момент на валу, имеет большую мощность.
Тогда мощность, которая зависит и от момента и от оборотов, выражается следующей формулой:
мощность = M · n, т. е. момент, умноженный на обороты.
Мощность есть произведение двух множителей: М и n
Используемая литература: В.Л. Теуш “Работа воздушного винта”, 1944г
Источник
Мощность (физика)
Мощность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.
Эффективная мощность, мощность двигателя, отдаваемая рабочей машине непосредственно или через силовую передачу. Различают полезную, полную и номинальную Э. м. двигателя. Полезной называют Э. м. двигателя за вычетом затрат мощности на приведение в действие вспомогательных агрегатов или механизмов, необходимых для его работы, но имеющих отдельный привод (не от двигателя непосредственно). Полная Э. м. — мощность двигателя без вычета указанных затрат. Номинальная Э. м., или просто номинальная мощность, — Э. м., гарантированная заводом-изготовителем для определённых условий работы. В зависимости от типа и назначения двигателя устанавливаются Э. м., регламентируемые стандартами или техническими условиями (например, наибольшая мощность судового реверсивного двигателя при определённой частоте вращения коленчатого вала в случае заднего хода судна — так называемая мощность заднего хода, наибольшая мощность авиационного двигателя при минимальном удельном расходе топлива — так называемая крейсерская мощность и т. п.). Э. м. зависит от форсирования (интенсификации) рабочего процесса, размеров и механического кпд двигателя. [1]
      |