Потужність: в чому вимірюється, як застосовується, формули розрахунку

Що таке сила і потужність? У чому вимірюється цей показник, які при цьому використовуються прилади, і як названі фізичні величини застосовуються на практиці, ми розглянемо далі в статті.

Сила

У світі всі тіла фізичної природи починають рух завдяки силі. При її впливі, з попутним або протилежним напрямком руху тіла, відбувається робота. Таким чином, на тіло діє якась сила. Так, велосипед рушає з місця завдяки силі ніг людини, а на поїзд діє сила тяги електровоза. Подібний вплив трапляється при будь-якому русі. Робота сили - це величина, в якій множиться модуль сили, модуль переміщення точки її застосування і косинус кута між векторами цих показників. Формула в цьому випадку виглядає наступним чином:
A = F · s · cos (F, s) Якщо кут між цими векторами не дорівнює нулю, то робота виконується завжди. При цьому вона може мати як додатне, так і від'ємне значення. На тіло не буде діяти сила при вугіллі, що дорівнює 90°. Розглянемо для прикладу воза, яку тягне мускульна сила коня. Іншими словами, роботу здійснює сила тяги в напрямку руху вози. А ось сила тяжкості, спрямована вниз або перпендикулярно, роботи не здійснює (до речі, кінські сили — це те, у чому вимірюється потужність двигуна). Робота сили є скалярною величиною і вимірюється в джоулях. Вона може бути:

рівнодіючої (при впливі декількох сил);

непостійною (тоді обчислення проводиться з інтегралом).

Потужність

У чому вимірюється ця величина? Для початку розберемо, що вона з себе представляє. Зрозуміло, що рух тіло починає за рахунок сили, що здійснює механічну роботу. Однак на практиці, крім цього, необхідно знати, як саме вона відбувається.
Робота може бути завершена в різні терміни. Наприклад, одне і те ж дія може зробити маленький моторчик або великий електричний двигун. Питання тільки в тому, за який час воно буде вироблено. Величина, що відповідає за таку задачу, — це потужність. У чому вимірюється вона, стає зрозумілим визначення - це відношення роботи за конкретний час до його величиною: N=A/?t. Шляхом логічних дій приходимо до наступної формули: N = F · v, тобто добуток векторів сили на швидкість руху - і є потужність. В чому вона вимірюється? По міжнародній системі СІ одиницею вимірювання даної величини є 1 Ват.

Ватів і інші одиниці вимірювання потужності

Ват означає потужність, де за одну секунду проводиться робота в один джоуль. Останню одиницю назвали так на честь англійця Дж.Уатта, який винайшов і побудував першу парову машину. Але він при цьому використовував іншу величину - кінську силу, яка застосовується і донині. Одна кінська сила приблизно дорівнює 7355 Ват. Таким чином, крім Вати, потужність вимірюють в метричній кінській силі. А при дуже малому значенні також використовують Ерг, рівний десяти у мінус сьомий ступеня Ват. Можливо і вимірювання в одній одиниці маси/сили/метрів в секунду, що дорівнює 981 Ват.

Потужність у двигуні

Названа величина є однією з найважливіших у будь-якому моторі, який буває самої різної потужності. Наприклад, електрична бритва має соті частки кіловата, а ракета космічного корабля налічує мільйони. Для різної навантаження необхідна різна потужність для збереження певної швидкості. Наприклад, машина стане важче, якщо в неї помістити більше вантажу. Тоді сила тертя про дорогу збільшиться. Тому, щоб підтримувати ту ж швидкість, що і в ненавантаженому стані, потрібна велика потужність. Відповідно, мотор буде з'їдати більше палива. Про цей факт відомо всім водіям. Але при великій швидкості важлива і інерція машини, яка прямо пропорційна її масі. Бувалі водії, які знають про цей факт, знаходять при їзді найкраще поєднання палива і швидкості, щоб бензину йшло менше.

Потужність струму

У чому вимірюється потужність струму? У тієї ж самої одиниці в системі СІ. Вона може бути виміряна прямим або непрямим методом. Перший спосіб реалізується за допомогою ватметра, споживаючого значну енергію і сильно навантажує джерело струму. З його допомогою вимірюється від десяти Ватів і більше. Непрямий метод використовують при необхідності виміряти малі значення. Приладами для цього служать амперметр і вольтметр, приєднані до споживача. Формула в цьому випадку буде мати такий вигляд: P = U · I. При відомому опорі навантаження, вимірюємо протікає через неї величину струму і знаходимо потужність так: P = I 2 • R н. За формулою P = I 2 /R н також може бути вычеслена потужність струму. У чому вимірюється вона в мережі трифазного струму, теж не секрет. Для цього застосовують вже знайомий прилад - ватметр. Причому вирішити завдання, чим вимірюється електрична потужність, можна з допомогою одного, двох або навіть трьох приладів. Наприклад, для чотирипровідної установки буде потрібно три пристрої. А для трипровідною при несиметричною навантаженні — два.