Фізика. 7 клас. Головко

§ 39. Потужність

З попереднього параграфа вам відомо, що механічна робота є кількісною мірою дії сили і залежить від величини сили, її напряму і напряму переміщення тіла під дією сили, проте робота не залежить від часу. Оскільки на практиці важливо знати швидкість виконання роботи, тому використовують фізичну величину, яка визначає роботу, виконану за одиницю часу, тобто потужність.

Потужність - фізична величина, яка чисельно дорівнює відношенню роботи А до проміжку часу t, за який ця робота була виконана.

Потужність позначають великою латинською літерою Р. Одиницею потужності є ват (Вт). Потужність 1 Вт розвивається, якщо виконується робота в 1 Дж за 1 с.

Для вимірювання потужності великих механізмів використовують кіловати та мегавати:

1 кВт = 1000 Вт (103 Вт);

1 МВт = 1000000 Вт (106 Вт).

Першим ученим, який почав вимірювати потужність, був Джеймс Ватт (1736-1819). Для вимірювання потужності він використовував одиницю вимірювання - кінську силу (к.с.). Ця фізична величина була введена ним для порівняння можливостей парової машини і коня виконувати механічну роботу. Кінська сила використовується і до цього часу як позасистемна одиниця потужності: 1 к.с.= 735 Вт.

Джеймс Ватт (1736-1819) - шотландский інженер, винахідник-механік

Оскільки потужність є мірою швидкості виконання роботи, то якимось чином має бути пов’язана зі швидкістю тіла. Спробуємо встановити цю залежність. З попереднього параграфа ви знаєте, що механічна робота визначається за формулою А = Fs, отже:

Проте відношення переміщення тіла до часу його здійснення є швидкістю тіла, тобто

Таким чином, можна записати залежність

Р = Fv.

Одержана залежність має велике значення в різних виробничих процесах. Наприклад, можна обчислити потужність автомобільного двигуна, щоб на певних складних ділянках дороги він мав необхідну швидкість. З одержаної формули випливає, що за певного значення потужності двигуна чим більшою буде його сила тяги, тим меншою буде швидкість автомобіля. Тому на складних ділянках дороги коробку передач перемикають на меншу швидкість.

Головне у цьому параграфі

Потужність характеризує швидкість виконання роботи:

Одиницею потужності є ват (Вт).

Запитання для самоперевірки

• 1. Яку фізичну величину називають потужністю?
• 2. Як можна обчислити потужність, знаючи роботу та час її виконання?
• 3. В яких одиницях в системі СІ вимірюють потужність?
• 4. Назвіть технічну одиницю потужності.
• 5. Порівняйте потужність двигуна тролейбуса у випадках коли він рухається з однаковою швидкістю з пасажирами та без них.
• 6. Чому навантажений пароплав рухається повільніше, ніж без вантажу, адже потужність двигуна в обох випадках є однаковою?
• 7. Вкажіть за якого значення швидкості трактора 3,08 км/год; 4,18 км/год чи 5,95 км/год його сила тяги буде найбільшою? Потужність трактора є незмінною.

Вправа 23

• 1(с). Вантаж масою 50 кг піднімають на висоту 20 м під дією сили 100 Н. Визначити роботу, що виконується. Вважати g=10 Н/кг.
• 2(с). Визначити потужність двигуна автомобіля, який розвиває силу тяги 500 Н за швидкості 72 км/год.
• 3(д). На балкон, розташований на висоті 6 м, кинули з поверхні землі предмет масою 200 г. Під час польоту предмет досяг максимальної висоти 8 м від поверхні землі. Визначити роботу сили тяжіння під час польоту предмета вгору, вниз і на всьому шляху. Вважати g = 10 Н/кг.
• 4(д). Визначити роботу, яку здійснює двигун потужністю 100 кВт за 20 хвилин.
• 5(д). З греблі висотою 22 м за 10 хвилин падає 500 т води. Визначити потужність водяного потоку в цьому випадку. Вважати g = 10 Н/кг.
• 6(д). Людина йде по дорозі впродовж 2 годин і робить 10 000 кроків. За кожен крок людина здійснює роботу 40 Дж. Визначити потужність, з якою рухається людина під час ходьби.
• 7(в). Баштовий кран піднімає у горизонтальному положенні сталеву балку завдовжки 5 м і перерізом 100 см² на висоту 12 м. Яку корисну роботу виконує кран? Прийняти густину сталі 7800 кг/м³, g = 10 Н/кг.
• 8(в). У воді на глибині 5 м є камінь об’ємом 0,6 м³. Визначити роботу, яку необхідно виконати, щоби витягти камінь з води на її поверхню. Густина каменя 2500 кг/м³, густина води 1000 кг/м³. Вважати g = 10 Н/кг.
• 9(в). Транспортер піднімає 30 м³ піску за 1 годину на висоту 6 м. Визначити потужність двигуна, необхідну для виконання цієї роботи. Густина піску 1500 кг/м³. Прийняти g = 10 Н/кг.