Perhitungan daya melalui resistansi dan tegangan. pekerjaan mekanis

Karakteristik energi gerak diperkenalkan berdasarkan konsep kerja mekanik atau kerja paksa. Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap F, adalah kuantitas fisik yang sama dengan produk modul gaya dan perpindahan, dikalikan dengan kosinus sudut antara vektor gaya F dan perpindahan S:

Usaha adalah besaran skalar. Itu bisa positif (0 ° α < 90°), так и отрицательна (90° < α 180 °). Pada α = 90° usaha yang dilakukan oleh gaya adalah nol. Dalam sistem SI, kerja diukur dalam joule (J). Joule sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya 1 newton untuk bergerak sejauh 1 meter searah gaya.

Jika gaya berubah dari waktu ke waktu, maka untuk menemukan pekerjaan, mereka membuat grafik ketergantungan gaya pada perpindahan dan menemukan luas gambar di bawah grafik - ini adalah pekerjaan:

Contoh gaya yang modulusnya bergantung pada koordinat (perpindahan) adalah gaya elastis pegas, yang mematuhi hukum Hooke ( F ekstra = kx).

Kekuasaan

Usaha yang dilakukan oleh gaya per satuan waktu disebut kekuasaan. Kekuasaan P(kadang-kadang disebut sebagai N) adalah besaran fisis yang sama dengan perbandingan usaha SEBUAH ke rentang waktu t selama pekerjaan ini diselesaikan:

Rumus ini menghitung kekuatan rata rata, yaitu kekuatan umumnya mencirikan proses. Jadi, usaha juga dapat dinyatakan dalam daya: SEBUAH = PT(kecuali, tentu saja, kekuatan dan waktu melakukan pekerjaan diketahui). Satuan daya disebut watt (W) atau 1 joule per detik. Jika geraknya beraturan, maka:

Dengan rumus ini, kita dapat menghitung kekuatan instan(daya pada waktu tertentu), jika alih-alih kecepatan kita substitusikan nilai kecepatan sesaat ke dalam rumus. Bagaimana cara mengetahui kekuatan apa yang harus dihitung? Jika tugas meminta kekuatan pada suatu titik waktu atau pada titik tertentu dalam ruang, maka itu dianggap instan. Jika Anda bertanya tentang kekuatan selama periode waktu tertentu atau bagian dari jalan, maka carilah kekuatan rata-rata.

Efisiensi - faktor efisiensi, sama dengan rasio kerja yang berguna untuk dibelanjakan, atau daya yang berguna untuk dibelanjakan:

Pekerjaan apa yang berguna dan apa yang dihabiskan ditentukan dari kondisi tugas tertentu dengan penalaran logis. Misalnya, jika derek melakukan pekerjaan mengangkat beban hingga ketinggian tertentu, maka pekerjaan mengangkat beban akan berguna (karena derek diciptakan untuk itu), dan pekerjaan yang dilakukan oleh motor listrik derek akan dihabiskan. .

Jadi, kekuatan yang berguna dan yang dikeluarkan tidak memiliki definisi yang ketat, dan ditemukan dengan penalaran logis. Dalam setiap tugas, kita sendiri yang harus menentukan apa dalam tugas ini tujuan melakukan pekerjaan (kerja atau daya yang berguna), dan apa mekanisme atau cara melakukan semua pekerjaan (tenaga atau kerja yang dikeluarkan).

Dalam kasus umum, efisiensi menunjukkan seberapa efisien mekanisme mengubah satu jenis energi menjadi energi lain. Jika daya berubah dari waktu ke waktu, maka pekerjaan ditemukan sebagai luas gambar di bawah grafik daya versus waktu:

Energi kinetik

Besaran fisika yang sama dengan setengah hasil kali massa benda dan kuadrat kecepatannya disebut energi kinetik tubuh (energi gerak):

Artinya, jika sebuah mobil bermassa 2000 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s, maka mobil tersebut memiliki energi kinetik sebesar E k \u003d 100 kJ dan mampu melakukan pekerjaan 100 kJ. Energi ini dapat berubah menjadi panas (ketika rem mobil, ban roda, jalan dan cakram rem memanas) atau dapat dihabiskan untuk merusak mobil dan bodi mobil yang bertabrakan (dalam kecelakaan). Saat menghitung energi kinetik, tidak masalah ke mana mobil bergerak, karena energi, seperti halnya usaha, adalah besaran skalar.

Suatu benda memiliki energi jika dapat melakukan usaha. Misalnya, benda yang bergerak memiliki energi kinetik, mis. energi gerak, dan mampu melakukan kerja untuk mengubah bentuk benda atau memberikan percepatan pada benda yang menyebabkan terjadinya tumbukan.

Arti fisis energi kinetik: agar benda diam dengan massa m mulai bergerak dengan kecepatan v perlu melakukan pekerjaan yang sama dengan nilai energi kinetik yang diperoleh. Jika massa tubuh m bergerak dengan kecepatan v, maka untuk menghentikannya, perlu dilakukan usaha yang sama dengan energi kinetik awalnya. Selama pengereman, energi kinetik terutama (kecuali untuk kasus tabrakan, ketika energi digunakan untuk deformasi) "dihilangkan" oleh gaya gesekan.

Teorema energi kinetik: kerja gaya resultan sama dengan perubahan energi kinetik benda:

Teorema energi kinetik juga berlaku dalam kasus umum ketika tubuh bergerak di bawah aksi gaya yang berubah, yang arahnya tidak bertepatan dengan arah gerakan. Lebih mudah untuk menerapkan teorema ini dalam masalah percepatan dan perlambatan benda.

Energi potensial

Seiring dengan energi kinetik atau energi gerak dalam fisika, peran penting dimainkan oleh konsep energi potensial atau energi interaksi benda.

Energi potensial ditentukan oleh posisi timbal balik tubuh (misalnya, posisi tubuh relatif terhadap permukaan bumi). Konsep energi potensial hanya dapat diperkenalkan untuk gaya yang kerjanya tidak bergantung pada lintasan benda dan hanya ditentukan oleh posisi awal dan akhir (yang disebut kekuatan konservatif). Kerja gaya-gaya tersebut pada lintasan tertutup adalah nol. Sifat ini dimiliki oleh gaya gravitasi dan gaya elastisitas. Untuk gaya-gaya ini, kita dapat memperkenalkan konsep energi potensial.

Energi potensial suatu benda di medan gravitasi bumi dihitung dengan rumus:

Arti fisik dari energi potensial tubuh: energi potensial sama dengan pekerjaan yang dilakukan oleh gaya gravitasi ketika menurunkan tubuh ke tingkat nol ( h adalah jarak dari pusat gravitasi tubuh ke tingkat nol). Jika suatu benda memiliki energi potensial, maka benda tersebut mampu melakukan kerja ketika benda tersebut jatuh dari ketinggian h turun ke nol. Pekerjaan gravitasi sama dengan perubahan energi potensial tubuh, diambil dengan tanda yang berlawanan:

Seringkali dalam tugas untuk energi, Anda harus mencari pekerjaan untuk mengangkat (membalik, keluar dari lubang) tubuh. Dalam semua kasus ini, perlu untuk mempertimbangkan gerakan bukan dari tubuh itu sendiri, tetapi hanya dari pusat gravitasinya.

Energi potensial Ep tergantung pada pilihan tingkat nol, yaitu pada pilihan asal sumbu OY. Dalam setiap masalah, level nol dipilih untuk alasan kenyamanan. Bukan energi potensial itu sendiri yang memiliki arti fisik, tetapi perubahannya ketika tubuh bergerak dari satu posisi ke posisi lain. Perubahan ini tidak tergantung pada pilihan level nol.

Energi potensial pegas yang diregangkan dihitung dengan rumus:

di mana: k- kekakuan pegas. Pegas yang diregangkan (atau dikompresi) mampu menggerakkan benda yang melekat padanya, yaitu, memberikan energi kinetik ke benda ini. Karena itu, pegas semacam itu memiliki cadangan energi. Peregangan atau Kompresi X harus dihitung dari keadaan tubuh yang tidak berbentuk.

Energi potensial dari benda yang mengalami deformasi elastis sama dengan kerja gaya elastis selama transisi dari keadaan tertentu ke keadaan tanpa deformasi nol. Jika pada keadaan awal pegas sudah berubah bentuk, dan perpanjangannya sama dengan x 1 , kemudian pada transisi ke keadaan baru dengan perpanjangan x 2, gaya elastis akan melakukan pekerjaan yang sama dengan perubahan energi potensial, diambil dengan tanda yang berlawanan (karena gaya elastis selalu diarahkan terhadap deformasi benda):

Energi potensial selama deformasi elastis adalah energi interaksi bagian-bagian tubuh satu sama lain oleh kekuatan elastis.

Kerja gaya gesekan bergantung pada jarak yang ditempuh (jenis gaya yang kerjanya bergantung pada lintasan dan jarak yang ditempuh disebut: kekuatan disipatif). Konsep energi potensial untuk gaya gesekan tidak dapat diperkenalkan.

Efisiensi

Faktor efisiensi (COP)- karakteristik efisiensi sistem (perangkat, mesin) dalam kaitannya dengan konversi atau transfer energi. Itu ditentukan oleh rasio energi yang berguna yang digunakan dengan jumlah total energi yang diterima oleh sistem (rumus telah diberikan di atas).

Efisiensi dapat dihitung baik dari segi kerja maupun dari segi daya. Pekerjaan yang berguna dan yang dikeluarkan (daya) selalu ditentukan oleh penalaran logis sederhana.

Dalam motor listrik, efisiensi adalah rasio kerja mekanis yang dilakukan (berguna) dengan energi listrik yang diterima dari sumbernya. Dalam mesin kalor, perbandingan kerja mekanis yang berguna dengan jumlah kalor yang dikeluarkan. Dalam trafo listrik, rasio energi elektromagnetik yang diterima pada belitan sekunder dengan energi yang dikonsumsi oleh belitan primer.

Karena sifatnya yang umum, konsep efisiensi memungkinkan untuk membandingkan dan mengevaluasi dari sudut pandang terpadu sistem yang beragam seperti reaktor nuklir, generator listrik dan mesin, pembangkit listrik termal, perangkat semikonduktor, benda biologis, dll.

Karena kehilangan energi yang tak terhindarkan karena gesekan, pemanasan benda di sekitarnya, dll. Efisiensi selalu kurang dari kesatuan. Dengan demikian, efisiensi dinyatakan sebagai sebagian kecil dari energi yang dikeluarkan, yaitu sebagai pecahan biasa atau sebagai persentase, dan merupakan besaran tak berdimensi. Efisiensi mencirikan seberapa efisien mesin atau mekanisme bekerja. Efisiensi pembangkit listrik termal mencapai 35-40%, mesin pembakaran internal dengan supercharging dan pra-pendinginan - 40-50%, dinamo dan generator berdaya tinggi - 95%, transformator - 98%.

Tugas di mana Anda perlu menemukan efisiensi atau diketahui, Anda harus mulai dengan alasan logis - pekerjaan apa yang berguna dan apa yang dihabiskan.

Hukum kekekalan energi mekanik

energi mekanik penuh jumlah energi kinetik (yaitu, energi gerak) dan potensial (yaitu, energi interaksi benda oleh gaya gravitasi dan elastisitas) disebut:

Jika energi mekanik tidak berubah menjadi bentuk lain, misalnya, menjadi energi internal (termal), maka jumlah energi kinetik dan energi potensial tetap tidak berubah. Jika energi mekanik diubah menjadi energi panas, maka perubahan energi mekanik sama dengan kerja gaya gesekan atau energi yang hilang, atau jumlah panas yang dilepaskan, dan seterusnya, dengan kata lain, perubahan energi mekanik total adalah sama dengan kerja gaya luar:

Jumlah energi kinetik dan energi potensial benda-benda yang menyusun sistem tertutup(yaitu, di mana tidak ada gaya eksternal yang bekerja, dan pekerjaan mereka, masing-masing, sama dengan nol) dan gaya gravitasi dan gaya elastis yang berinteraksi satu sama lain, tetap tidak berubah:

Pernyataan ini mengungkapkan hukum kekekalan energi (LSE) dalam proses mekanik. Ini adalah konsekuensi dari hukum Newton. Hukum kekekalan energi mekanik terpenuhi hanya ketika benda-benda dalam sistem tertutup berinteraksi satu sama lain oleh gaya elastisitas dan gravitasi. Dalam semua masalah tentang hukum kekekalan energi akan selalu ada setidaknya dua keadaan sistem benda. Hukum mengatakan bahwa energi total keadaan pertama akan sama dengan energi total keadaan kedua.

Algoritma untuk memecahkan masalah tentang hukum kekekalan energi:

1. Temukan titik-titik posisi awal dan akhir tubuh.
2. Tuliskan energi apa atau apa yang dimiliki tubuh pada titik-titik ini.
3. Samakan energi awal dan energi akhir tubuh.
4. Tambahkan persamaan lain yang diperlukan dari topik fisika sebelumnya.
5. Selesaikan persamaan atau sistem persamaan yang dihasilkan menggunakan metode matematika.

Penting untuk dicatat bahwa hukum kekekalan energi mekanik memungkinkan untuk memperoleh hubungan antara koordinat dan kecepatan benda di dua titik lintasan yang berbeda tanpa menganalisis hukum gerak benda di semua titik perantara. Penerapan hukum kekekalan energi mekanik dapat sangat menyederhanakan solusi dari banyak masalah.

Dalam kondisi nyata, hampir selalu benda yang bergerak, bersama dengan gaya gravitasi, gaya elastik, dan gaya lainnya, dikenai gaya gesekan atau gaya hambatan medium. Kerja gaya gesekan bergantung pada panjang lintasan.

Jika gaya gesekan bekerja di antara benda-benda yang membentuk sistem tertutup, maka energi mekanik tidak kekal. Bagian dari energi mekanik diubah menjadi energi internal tubuh (pemanasan). Dengan demikian, energi secara keseluruhan (yaitu tidak hanya energi mekanik) tetap kekal.

Dalam interaksi fisik apa pun, energi tidak muncul dan tidak hilang. Itu hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Fakta yang ditetapkan secara eksperimental ini mengungkapkan hukum dasar alam - hukum kekekalan dan transformasi energi.

Salah satu konsekuensi dari hukum kekekalan dan transformasi energi adalah pernyataan bahwa tidak mungkin untuk membuat "mesin gerak abadi" (perpetuum mobile) - mesin yang dapat melakukan pekerjaan tanpa batas waktu tanpa mengkonsumsi energi.

Tugas pekerjaan lain-lain

Jika Anda perlu menemukan pekerjaan mekanis dalam masalah, maka pertama-tama pilih metode untuk menemukannya:

1. Pekerjaan dapat ditemukan menggunakan rumus: SEBUAH = FS karena α . Temukan gaya yang melakukan usaha dan jumlah perpindahan benda di bawah aksi gaya ini dalam kerangka acuan yang dipilih. Perhatikan bahwa sudut harus dipilih antara vektor gaya dan perpindahan.
2. Kerja gaya eksternal dapat ditemukan sebagai perbedaan antara energi mekanik dalam situasi akhir dan awal. Energi mekanik sama dengan jumlah energi kinetik dan energi potensial tubuh.
3. Usaha yang dilakukan untuk mengangkat benda dengan kecepatan tetap dapat dicari dengan rumus: SEBUAH = mgh, di mana h- ketinggian yang naik pusat gravitasi tubuh.
4. Usaha dapat ditemukan sebagai hasil kali daya dan waktu, yaitu menurut rumus: SEBUAH = PT.
5. Usaha dapat ditemukan sebagai luas bangun di bawah grafik gaya versus perpindahan atau daya versus waktu.

Hukum kekekalan energi dan dinamika gerak rotasi

Tugas topik ini cukup kompleks secara matematis, tetapi dengan pengetahuan tentang pendekatannya, mereka diselesaikan sesuai dengan algoritma yang sepenuhnya standar. Dalam semua masalah Anda harus mempertimbangkan rotasi tubuh pada bidang vertikal. Solusinya akan direduksi menjadi urutan tindakan berikut:

1. Penting untuk menentukan tempat menarik bagi Anda (titik di mana perlu untuk menentukan kecepatan tubuh, kekuatan ketegangan benang, berat, dan sebagainya).
2. Tuliskan hukum kedua Newton pada titik ini, mengingat bahwa tubuh berputar, yaitu memiliki percepatan sentripetal.
3. Tuliskan hukum kekekalan energi mekanik sehingga mengandung kecepatan tubuh pada titik yang sangat menarik, serta karakteristik keadaan tubuh di beberapa keadaan yang sesuatu diketahui.
4. Bergantung pada kondisinya, nyatakan kuadrat kecepatan dari satu persamaan dan substitusikan ke persamaan lainnya.
5. Lakukan sisa operasi matematika yang diperlukan untuk mendapatkan hasil akhir.

Saat memecahkan masalah, ingatlah bahwa:

• Kondisi untuk melewati titik atas selama rotasi pada ulir pada kecepatan minimum adalah gaya reaksi pendukung N di titik atas adalah 0. Kondisi yang sama terpenuhi ketika melewati titik atas loop mati.
• Saat berputar pada batang, kondisi untuk melewati seluruh lingkaran adalah: kecepatan minimum di titik teratas adalah 0.
• Syarat pemisahan benda dari permukaan bola adalah bahwa gaya reaksi penyangga pada titik pemisahan adalah nol.

Tumbukan Tidak Elastis

Hukum kekekalan energi mekanik dan hukum kekekalan momentum memungkinkan untuk menemukan solusi untuk masalah mekanik dalam kasus di mana: kekuatan aktif. Contoh dari masalah tersebut adalah interaksi dampak tubuh.

Dampak (atau tabrakan) Merupakan kebiasaan untuk menyebut interaksi tubuh jangka pendek, sebagai akibatnya kecepatan mereka mengalami perubahan yang signifikan. Selama tumbukan benda, gaya tumbukan jangka pendek bekerja di antara mereka, yang besarnya, sebagai suatu peraturan, tidak diketahui. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk mempertimbangkan interaksi dampak secara langsung dengan bantuan hukum Newton. Penerapan hukum kekekalan energi dan momentum dalam banyak kasus memungkinkan untuk mengecualikan proses tumbukan dari pertimbangan dan memperoleh hubungan antara kecepatan benda sebelum dan sesudah tumbukan, melewati semua nilai antara besaran ini.

Kita sering harus berurusan dengan interaksi dampak benda-benda dalam kehidupan sehari-hari, dalam teknologi dan fisika (terutama dalam fisika atom dan partikel elementer). Dalam mekanika, dua model interaksi tumbukan sering digunakan - dampak benar-benar elastis dan benar-benar tidak elastis.

Dampak yang benar-benar tidak elastis Interaksi kejut semacam itu disebut, di mana tubuh terhubung (menempel) satu sama lain dan bergerak sebagai satu tubuh.

Pada tumbukan tidak lenting sempurna, energi mekanik tidak kekal. Itu sebagian atau seluruhnya masuk ke energi internal tubuh (pemanasan). Untuk menggambarkan dampak apa pun, Anda perlu menuliskan hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi mekanik, dengan mempertimbangkan panas yang dilepaskan (sangat disarankan untuk menggambar terlebih dahulu).

Dampak yang benar-benar elastis

Dampak yang benar-benar elastis disebut tumbukan di mana energi mekanik suatu sistem benda adalah kekal. Dalam banyak kasus, tumbukan atom, molekul, dan partikel elementer mematuhi hukum tumbukan lenting mutlak. Dengan tumbukan yang benar-benar elastis, bersama dengan hukum kekekalan momentum, hukum kekekalan energi mekanik terpenuhi. Contoh sederhana dari tumbukan lenting sempurna adalah tumbukan pusat dua bola bilyar, salah satunya diam sebelum tumbukan.

pukulan tengah bola disebut tumbukan, di mana kecepatan bola sebelum dan sesudah tumbukan diarahkan sepanjang garis pusat. Jadi, dengan menggunakan hukum kekekalan energi mekanik dan momentum, adalah mungkin untuk menentukan kecepatan bola setelah tumbukan, jika kecepatannya sebelum tumbukan diketahui. Dampak sentral sangat jarang disadari dalam praktik, terutama dalam hal tumbukan atom atau molekul. Pada tumbukan lenting tak terpusat, kecepatan partikel (bola) sebelum dan sesudah tumbukan tidak diarahkan sepanjang garis lurus yang sama.

Kasus khusus dari tumbukan elastis non-pusat adalah tumbukan dua bola bilyar dengan massa yang sama, salah satunya tidak bergerak sebelum tumbukan, dan kecepatan bola kedua tidak diarahkan sepanjang garis pusat bola. Dalam hal ini, vektor kecepatan bola setelah tumbukan elastis selalu diarahkan tegak lurus satu sama lain.

Hukum konservasi. Tugas yang sulit

Banyak tubuh

Dalam beberapa tugas tentang hukum kekekalan energi, kabel yang dengannya beberapa benda bergerak dapat memiliki massa (yaitu, tidak tanpa bobot, seperti yang mungkin sudah biasa Anda lakukan). Dalam hal ini, pekerjaan memindahkan kabel tersebut (yaitu, pusat gravitasinya) juga harus diperhitungkan.

Jika dua benda yang dihubungkan oleh batang tanpa bobot berputar pada bidang vertikal, maka:

1. pilih tingkat nol untuk menghitung energi potensial, misalnya, pada tingkat sumbu rotasi atau pada tingkat titik terendah di mana salah satu beban berada dan buat gambar;
2. hukum kekekalan energi mekanik ditulis, di mana jumlah energi kinetik dan potensial kedua benda pada situasi awal ditulis di sisi kiri, dan jumlah energi kinetik dan potensial kedua benda pada situasi akhir ditulis di sisi kanan;
3. memperhitungkan bahwa kecepatan sudut benda adalah sama, maka kecepatan linier benda sebanding dengan jari-jari rotasi;
4. jika perlu, tuliskan hukum kedua Newton untuk masing-masing benda secara terpisah.

Ledakan proyektil

Jika terjadi ledakan proyektil, energi ledakan dilepaskan. Untuk menemukan energi ini, perlu untuk mengurangi energi mekanik proyektil sebelum ledakan dari jumlah energi mekanik fragmen setelah ledakan. Kami juga akan menggunakan hukum kekekalan momentum, yang ditulis dalam bentuk teorema kosinus (metode vektor) atau dalam bentuk proyeksi pada sumbu yang dipilih.

Tabrakan dengan piring berat

Biarkan menuju piring berat yang bergerak dengan kecepatan v, sebuah bola ringan bermassa bergerak m dengan kecepatan kamu n. Karena momentum bola jauh lebih kecil daripada momentum pelat, kecepatan pelat tidak akan berubah setelah tumbukan, dan akan terus bergerak dengan kecepatan dan arah yang sama. Akibat benturan elastis, bola akan terbang dari piringan. Di sini penting untuk dipahami bahwa kecepatan bola relatif terhadap pelat tidak akan berubah. Dalam hal ini, untuk kecepatan akhir bola kita dapatkan:

Jadi, kecepatan bola setelah tumbukan meningkat dua kali kecepatan dinding. Argumen serupa untuk kasus ketika bola dan pelat bergerak ke arah yang sama sebelum tumbukan mengarah pada hasil bahwa kecepatan bola berkurang dua kali kecepatan dinding:

Soal nilai maksimum dan minimum energi tumbukan bola

Dalam masalah jenis ini, hal utama adalah memahami bahwa energi potensial deformasi elastis bola maksimum jika energi kinetik gerakannya minimal - ini mengikuti hukum kekekalan energi mekanik. Jumlah energi kinetik bola adalah minimal pada saat kecepatan bola sama besarnya dan diarahkan ke arah yang sama. Pada saat ini, kecepatan relatif bola sama dengan nol, dan deformasi serta energi potensial yang terkait dengannya adalah maksimum.

Implementasi yang sukses, rajin dan bertanggung jawab dari ketiga poin ini akan memungkinkan Anda untuk menunjukkan hasil yang sangat baik pada CT, maksimal dari apa yang Anda mampu.

Menemukan kesalahan?

Jika Anda, seperti yang Anda lihat, menemukan kesalahan dalam materi pelatihan, maka silakan tulis melalui surat. Anda juga dapat menulis tentang kesalahan di jejaring sosial (). Dalam surat itu, tunjukkan subjek (fisika atau matematika), nama atau nomor topik atau tes, nomor tugas, atau tempat dalam teks (halaman) di mana, menurut Anda, ada kesalahan. Jelaskan juga apa dugaan kesalahan itu. Surat Anda tidak akan luput dari perhatian, kesalahannya akan diperbaiki, atau Anda akan dijelaskan mengapa itu bukan kesalahan.

Untuk menyeret 10 kantong kentang dari kebun sayur yang terletak beberapa kilometer dari rumah, Anda harus bergegas bolak-balik dengan ember sepanjang hari. Jika Anda mengambil kereta yang dirancang untuk satu tas, Anda dapat melakukannya dalam dua hingga tiga jam.

Nah, jika Anda membuang semua tas ke dalam gerobak yang ditarik kuda, maka dalam setengah jam hasil panen Anda akan bermigrasi dengan aman ke ruang bawah tanah Anda. Apa bedanya? Perbedaannya terletak pada kecepatan di mana pekerjaan dilakukan. Tingkat di mana pekerjaan mekanis dilakukan ditandai dengan: kuantitas fisik dipelajari di mata kuliah fisika kelas tujuh. Besaran ini disebut daya. Daya menunjukkan berapa banyak usaha yang dilakukan per satuan waktu. Artinya, untuk menemukan daya, perlu membagi pekerjaan yang dilakukan dengan waktu yang dihabiskan.

Rumus untuk menghitung daya

Dan dalam hal ini, rumus perhitungan daya mengambil bentuk berikut: daya \u003d kerja / waktu, atau

di mana N adalah kekuatan,
Sebuah pekerjaan,
t - waktu.

Satuan daya adalah watt (1W). 1 W adalah daya di mana usaha 1 joule dilakukan dalam 1 sekon. Unit ini dinamai penemu Inggris J. Watt, yang membangun mesin uap pertama. Sangat mengherankan bahwa Watt sendiri menggunakan unit daya yang berbeda - tenaga kuda, dan rumus daya dalam fisika dalam bentuk yang kita kenal sekarang diperkenalkan kemudian. Pengukuran tenaga kuda masih digunakan sampai sekarang, misalnya ketika berbicara tentang kekuatan mobil atau truk. Satu tenaga kuda sama dengan sekitar 735,5 watt.

Penerapan kekuatan dalam fisika

Tenaga adalah karakteristik paling penting dari mesin apa pun. Berbagai mesin berkembang dengan sempurna kekuatan yang berbeda. Itu bisa seperseratus kilowatt, misalnya, mesin pisau cukur listrik, atau jutaan kilowatt, misalnya, mesin kendaraan peluncuran pesawat ruang angkasa. Dengan beban yang berbeda mesin mobil menghasilkan tenaga yang berbeda untuk terus bergerak dengan kecepatan yang sama. Misalnya, dengan peningkatan massa beban, berat mobil meningkat, masing-masing, gaya gesekan di permukaan jalan meningkat, dan untuk mempertahankan kecepatan yang sama seperti tanpa beban, mesin harus melakukan lebih banyak pekerjaan. Dengan demikian, daya yang dihasilkan oleh mesin akan meningkat. Mesin akan mengkonsumsi lebih banyak bahan bakar. Ini diketahui oleh semua pengemudi. Namun, pada kecepatan tinggi, inersia kendaraan yang bergerak juga memainkan peran penting, yang semakin besar, semakin besar massanya. Pengemudi truk berpengalaman menemukan kombinasi kecepatan dan konsumsi bensin yang optimal sehingga mobil membakar lebih sedikit bahan bakar.

Kekuasaan- kuantitas fisik yang sama dengan rasio pekerjaan yang dilakukan untuk periode waktu tertentu.

Ada konsep kekuatan rata-rata selama periode waktu tertentu t. Daya rata-rata dihitung menggunakan rumus ini: N = A / t, daya sesaat menurut rumus berikut: N = dA / dt. Rumus ini memiliki bentuk yang agak umum, karena konsep daya hadir di beberapa cabang fisika - mekanika dan elektrofisika. Meskipun prinsip dasar untuk menghitung daya tetap kurang lebih sama seperti pada rumus umum.

Daya diukur dalam watt. Watt adalah satuan daya yang sama dengan joule dibagi satu detik. Selain watt, ada satuan daya lain: tenaga kuda, erg per detik, meter gaya massa per detik.

• • Satu tenaga kuda metrik sama dengan 735 watt, bahasa Inggris - 745 watt.
  • Erg- unit pengukuran yang sangat kecil, satu erg sama dengan sepuluh pangkat tujuh minus satu watt.
  • Satu massa-gaya-meter per detik sama dengan 9,81 watt.

Alat pengukur

Pada dasarnya, alat ukur untuk mengukur daya digunakan dalam elektrofisika, karena dalam mekanika, mengetahui serangkaian parameter tertentu (kecepatan dan gaya), Anda dapat menghitung daya secara mandiri. Tetapi dengan cara yang sama, dalam elektrofisika, Anda dapat menghitung daya dari parameter, tetapi sebenarnya, dalam Kehidupan sehari-hari kami hanya tidak menggunakan alat ukur untuk merekam tenaga mekanik. Karena paling sering parameter ini untuk mekanisme tertentu ditetapkan seperti itu. Berkenaan dengan elektronik, instrumen utama adalah wattmeter yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari dalam perangkat meteran listrik konvensional.

Wattmeter dapat dibagi menjadi beberapa jenis menurut frekuensinya:

• • Frekuensi rendah
  • RF
  • Optik

Wattmeter dapat berupa analog atau digital. Frekuensi rendah (LF) menggabungkan dua induktor, keduanya digital dan analog, mereka digunakan dalam industri dan kehidupan sehari-hari sebagai bagian dari meteran listrik konvensional. Wattmeter RF dibagi menjadi dua kelompok: daya yang diserap dan yang ditransmisikan. Perbedaannya terletak pada cara wattmeter terhubung ke jaringan, melewati jaringan yang terhubung secara paralel, diserap di ujung jaringan sebagai beban tambahan. Wattmeter optik digunakan untuk menentukan kekuatan fluks cahaya dan sinar laser. Mereka terutama digunakan dalam produksi apa pun dan di laboratorium.

Kekuatan dalam mekanika

Daya dalam mekanika secara langsung bergantung pada gaya dan usaha yang dilakukan oleh gaya ini. Usaha adalah besaran yang mencirikan gaya yang diterapkan pada suatu benda, di bawah aksi benda tersebut menempuh jarak tertentu. Daya dihitung dari produk skalar dari vektor kecepatan dan vektor gaya: P=F*v=F*v* karena (gaya dikalikan dengan vektor kecepatan dan sudut antara vektor gaya dan kecepatan (alfa kosinus)).

Anda juga dapat menghitung kekuatan gerakan rotasi tubuh. P=M* w= * M * n / 30. Daya sama dengan (M) momen gaya kali (w) kecepatan sudut atau pi(p) kali momen gaya (M) dan (n) kecepatan rotasi dibagi 30.

Daya dalam elektrofisika

Dalam elektrofisika, daya mencirikan laju transmisi atau transformasi listrik. Ada jenis kekuatan seperti itu:

• • Daya listrik instan. Karena daya adalah kerja yang dilakukan dalam waktu tertentu, dan muatan bergerak sepanjang bagian tertentu dari konduktor, kita memiliki rumus: P(a-b) = A / t. A-B mencirikan daerah yang dilalui muatan. A adalah kerja muatan atau muatan, t adalah waktu yang diperlukan muatan atau muatan untuk melewati penampang (A-B). Rumus yang sama digunakan untuk menghitung nilai daya lain untuk situasi yang berbeda ketika Anda perlu mengukur daya sesaat pada segmen konduktor.

• • Anda juga dapat menghitung kekuatan aliran konstan: P = I * U = I^2 * R = U^2 / R.

• • Kekuasaan arus bolak-balik tidak dapat dihitung dengan rumus arus searah. Dalam arus bolak-balik, ada tiga jenis daya:
    • Daya aktif (P), yang sama dengan P=U*I* karena . Dimana U dan I adalah parameter arus, dan f (phi) adalah sudut pergeseran antar fase. Rumus ini diberikan sebagai contoh untuk arus sinusoidal satu fasa.
    • Daya reaktif (Q) mencirikan beban yang dibuat dalam perangkat oleh osilasi arus bolak-balik sinusoidal fase tunggal listrik. Q=U*I* dosa . Satuan pengukuran adalah volt-ampere reaktif (var).
    • Daya semu (S) sama dengan akar kuadrat daya aktif dan reaktif. Itu diukur dalam volt-ampere.
    • Daya tidak aktif - karakteristik daya pasif yang ada di sirkuit dengan arus sinusoidal bolak-balik. Sama dengan akar kuadrat dari jumlah kuadrat daya reaktif dan daya harmonik. Dengan tidak adanya daya harmonik yang lebih tinggi, itu sama dengan modul daya reaktif.

Daya adalah besaran fisika, yang pada umumnya sama dengan laju perubahan energi seluruh sistem. Berbicara lebih spesifik tentang apa yang sama dengan kekuatan, kita dapat mengatakan bahwa itu secara langsung tergantung pada rasio pekerjaan yang dilakukan selama periode waktu tertentu dan ukuran periode waktu ini. Ada konsep kekuatan rata-rata dan sesaat. Artinya, jika kita berbicara tentang daya sistem dalam periode waktu tertentu, maka ini adalah daya rata-rata. Jika kekuatan dipertimbangkan saat ini, maka ini adalah kekuatan sesaat. Dari sini kita mendapatkan rumus berikut:

N (daya) = E (energi) / t (waktu)

Oleh karena itu, integral yang diperoleh dari indikator daya sesaat untuk periode waktu yang terpisah sama dengan jumlah total energi yang digunakan selama periode waktu ini.

Satuan ukuran untuk besaran ini adalah watt. Mengingat rumus sebelumnya, kita dapat mengatakan bahwa 1 Watt = 1 J / 1 s. Satuan populer lainnya untuk mengukur daya adalah tenaga kuda.

Apa yang dimaksud dengan daya dalam mekanika?

Gaya yang bekerja pada benda yang bergerak melakukan kerja. Dalam hal ini, daya ditentukan oleh produk skalar dari vektor gaya dan vektor kecepatan yang dengannya sistem bergerak dalam ruang. Itu adalah:

N = F*v = F*v*cos a

Dalam rumus ini, F adalah gaya, v adalah kecepatan, a adalah sudut yang menghubungkan vektor kecepatan dan vektor gaya.

Jika kita berbicara tentang gerakan rotasi tubuh, maka rumus berikut sesuai:

N \u003d M * w \u003d (2P * M * n) / 60

Dalam rumus ini, M adalah momen gaya, w adalah kecepatan sudut, P adalah Pi, dan n adalah jumlah putaran per satuan waktu (per menit).

Apa yang menentukan kekuatan energi listrik?

Ketentuan tenaga listrik mencirikan laju perubahan atau transmisi energi listrik. Saat mempelajari jaringan arus bolak-balik, selain konsep "daya sesaat", yang sesuai dengan definisi fisik tradisional, biasanya menggunakan daya aktif. Daya aktif sama dengan daya sesaat rata-rata selama periode waktu tertentu, indikator yang menentukan daya reaktif yang sesuai dengan energi yang bergerak antara sumber dan konsumen tanpa disipasi dan nilai daya total, yang ditentukan oleh produk aktif nilai arus dan tegangan, tidak memperhitungkan pergeseran fasa.