Chi solleverà l'intero carico ad un'altezza più velocemente, una persona o una gru? Quale meccanismo di sollevamento ha più potenza?

La potenza caratterizza la velocità con cui viene svolto il lavoro.

La potenza (N) è una quantità fisica pari al rapporto tra il lavoro A e il periodo di tempo t durante il quale tale lavoro è stato eseguito.

La potenza indica la quantità di lavoro svolto nell'unità di tempo.

Nel Sistema Internazionale di Unità (SI), l'unità di potenza è chiamata Watt (W) in onore dell'inventore inglese James Watt (Watt), che costruì il primo motore a vapore.

[N] = W = J/s

1 W = 1 J/s

1 Watt è uguale alla potenza di una forza che compie 1 J di lavoro in 1 secondo oppure,
quando un carico di 100 g viene sollevato ad un'altezza di 1 m in 1 secondo.

Lo stesso James Watt (1736-1819) utilizzò un'altra unità di potenza: la potenza (1 hp), che introdusse per confrontare le prestazioni di un motore a vapore e di un cavallo.

1 CV = 735 W

Tuttavia, nella vita reale, un cavallo medio ha circa 1/2 CV, anche se, ovviamente, i cavalli sono diversi.

I “motori viventi” possono aumentare brevemente la loro potenza più volte.
Quando corre e salta, un cavallo può aumentare la sua potenza fino a dieci volte o più.

Facendo un salto ad un'altezza di 1 m, un cavallo del peso di 500 kg sviluppa una potenza pari a 5.000 W = 6,8 CV.

Si ritiene che la potenza media di una persona durante la camminata tranquilla sia di circa 0,1 CV. cioè 70 - 90 W.

Come un cavallo, una persona può sviluppare una potenza molte volte maggiore quando corre e salta.

Si scopre che la fonte più potente di energia meccanica è un'arma da fuoco!

Utilizzando un cannone si può lanciare una palla di cannone del peso di 900 kg alla velocità di 500 m/s, sviluppando circa 110.000.000 J di lavoro in 0,01 secondi. Questo lavoro equivale al lavoro di sollevamento di 75 tonnellate di carico sulla cima della piramide di Cheope (altezza 150 m).

La potenza del colpo di cannone sarà di 11.000.000.000 di W = 15.000.000 di CV.

La forza di tensione nei muscoli di una persona è approssimativamente uguale alla forza di gravità che agisce su di lui. Quando due persone di uguale peso salgono una scala alla stessa altezza, ma a velocità diverse, chi di loro sviluppa più potenza?

NON DIMENTICARLO

Questa formula è valida per moto uniforme con velocità costante e nel caso di moto variabile per velocità media.

Ne consegue che

Dalle formule sopra riportate risulta chiaro che a potenza costante del motore la velocità di movimento è inversamente proporzionale alla forza di trazione e viceversa

Questa è la base per il principio di funzionamento del cambio (cambio) di vari veicoli.

COSA INTENDI CON IL “SOMMARIO”?

Controlliamolo adesso!

1. I motori di un tram sviluppano la stessa potenza quando si muove alla stessa velocità senza passeggeri e con passeggeri?

Risposta: Pri nalitshii passashiriv sila tjashesti (ves) vagona bolshe, uvelitshivaetsja sila trenia, ravnaja v dannom slutshae sile tjagi, vosrastaet motshnost, uvelitshivaetsja rashod electroenergii.

2. Perché una nave con carico si muove più lentamente che senza? Dopotutto, la potenza del motore in entrambi i casi è la stessa.

Risposta: Su uvelitsheniem nagruski korabl bolshe pogrushaetsja v wodu. eto uvelitshivaet silu soprotivlenija wodi dvisheniu korablja, tshto privodit k potere skorosti.

3. Il trattore ha tre velocità: 3.08; 4,18 e 5,95 chilometri orari. A quale velocità svilupperà maggiore forza di trazione sul gancio a parità di potenza?

Risposta:

Se l'hai capito da solo, allora sei BEN FATTO!
E se guardassi le risposte? Forse stanco? Non importa, le vacanze stanno arrivando!

Cos'è la forza e il potere? Come viene misurato questo indicatore, quali strumenti vengono utilizzati e come questi vengono utilizzati nella pratica, lo vedremo più avanti nell'articolo.

Forza

Nel mondo tutti i corpi di natura fisica cominciano a muoversi a causa della forza. Quando esposto ad esso, con la stessa o opposta direzione di movimento del corpo, il lavoro viene svolto. Pertanto, una certa forza agisce sul corpo.

Così la bicicletta si muove grazie alla forza delle gambe di una persona e il treno è influenzato dalla forza di trazione di una locomotiva elettrica. Un impatto simile si verifica con qualsiasi movimento. Il lavoro di una forza è la quantità in cui vengono moltiplicati il ​​modulo della forza, il modulo di spostamento del punto di applicazione e il coseno dell'angolo compreso tra i vettori di questi indicatori. La formula in questo caso è simile alla seguente:

A = F·s cos (F, s)

Se l'angolo tra questi vettori non è zero, il lavoro viene sempre svolto. Inoltre, può avere significato sia positivo che negativo. Non ci sarà alcuna forza che agisce sul corpo con un angolo di 90°.

Consideriamo, ad esempio, un carro trainato dalla forza muscolare di un cavallo. In altre parole, il lavoro viene svolto dalla forza di trazione nella direzione di movimento del carrello. Ma se diretto verso il basso o perpendicolarmente, non funziona (a proposito, la potenza è ciò in cui viene misurata la potenza del motore).

Il lavoro compiuto da una forza è una grandezza scalare e si misura in joule. Lei potrebbe essere:

• risultante (sotto l'influenza di diverse forze);
• non costante (quindi il calcolo viene eseguito con un integrale).

Energia

Come si misura questa quantità? Per prima cosa, diamo un'occhiata a cosa è. È chiaro che il corpo inizia a muoversi a causa della forza esercitata, ma nella pratica, oltre a questo, è necessario sapere esattamente come ciò avviene.

I lavori potranno essere completati in tempi diversi. Ad esempio, la stessa azione può essere eseguita da un piccolo motore o da un grande motore elettrico. L’unica domanda è quanto tempo ci vorrà per produrlo. La quantità responsabile di questo compito è il potere. Il modo in cui viene misurato diventa chiaro dalla definizione: questo è il rapporto tra il lavoro per un tempo specifico e il suo valore:

Per passaggi logici arriviamo alla seguente formula:

cioè, il prodotto dei vettori di forza e della velocità di movimento è la potenza. Come viene misurato? Secondo il sistema internazionale SI l'unità di misura di questa grandezza è 1 Watt.

Watt e altre unità di potenza

Watt significa potenza, dove un joule di lavoro viene svolto in un secondo. L'ultima unità prende il nome dall'inglese J. Watt, che inventò e costruì il primo motore a vapore. Ma usò un'altra quantità: la potenza, che viene utilizzata ancora oggi. pari a circa 735,5 watt.

Pertanto, oltre ai Watt, la potenza viene misurata in cavalli metrici. E per un valore molto piccolo viene utilizzato anche l'Erg, pari a dieci alla meno settima potenza di Watt. È anche possibile misurare in un'unità di massa/forza/metri al secondo, che equivale a 9,81 Watt.

Potenza del motore

Questo valore è uno dei più importanti in qualsiasi motore, disponibile in un'ampia gamma di potenza. Ad esempio, un rasoio elettrico ha centesimi di kilowatt e un razzo spaziale ne ha milioni.

Carichi diversi richiedono una potenza diversa per mantenere una determinata velocità. Ad esempio, un’auto diventerà più pesante se vi viene caricato più carico. Quindi la strada aumenterà. Pertanto, per mantenere la stessa velocità di quando è scarico, sarà necessaria più potenza. Di conseguenza, il motore consumerà più carburante. Tutti gli automobilisti sanno questo fatto.

Ma alle alte velocità è importante anche l'inerzia della macchina, che è direttamente proporzionale alla sua massa. Gli autisti esperti e consapevoli di questo fatto trovano la migliore combinazione di carburante e velocità durante la guida in modo da consumare meno benzina.

Potenza attuale

Come viene misurata la potenza attuale? Nella stessa unità SI. Può essere misurato con metodi diretti o indiretti.

Il primo metodo viene implementato utilizzando un wattmetro, che consuma una quantità significativa di energia e carica pesantemente la fonte di corrente. Può essere utilizzato per misurare dieci watt o più. Il metodo indiretto viene utilizzato quando è necessario misurare piccoli valori. Gli strumenti a questo scopo sono un amperometro e un voltmetro collegati al consumatore. La formula in questo caso sarà simile a questa:

Con una resistenza di carico nota, misuriamo la corrente che la attraversa e troviamo la potenza come segue:

P = I2 ∙ R n.

Utilizzando la formula P = I 2 /R n è possibile calcolare anche la potenza attuale.

Anche il modo in cui viene misurato in una rete corrente trifase non è un segreto. Per questo viene utilizzato un dispositivo già familiare: un wattmetro. Inoltre è possibile risolvere il problema di cosa si misura utilizzando uno, due o anche tre strumenti. Ad esempio, un'installazione a quattro fili richiederebbe tre dispositivi. E per un tre fili con carico asimmetrico - due.

Energia
La potenza è determinata dal lavoro svolto in un secondo (caratterizza la velocità con cui viene svolto il lavoro).
L'energia elettrica è il consumo di energia elettrica al secondo.
L'energia elettrica è una grandezza fisica che caratterizza la velocità di trasmissione o conversione dell'energia elettrica.
Il flusso di corrente in un circuito elettrico è accompagnato dal consumo di elettricità dalle fonti, il tasso di consumo energetico è caratterizzato dalla potenza.
Il lavoro della corrente elettrica è la trasformazione della sua energia in qualche altra energia, ad esempio calore, luce, meccanica. L'andamento di una corrente è valutato dalla sua potenza, indicata con la lettera P, nel sistema internazionale W.
La potenza istantanea è il prodotto dei valori istantanei della tensione U e della corrente I in una sezione di un circuito elettrico.
P=U*I
Nella maggior parte dei casi si tratta di una potenza media, che si ottiene integrando (in modo simile al calcolo dell'area) la potenza istantanea su un periodo.
Molto spesso parliamo della potenza consumata dal dispositivo e per le fonti energetiche viene indicata la potenza di uscita: la potenza che possono fornire al consumatore (carico).

Potenza attiva
La potenza attiva è il valore medio della potenza istantanea in un periodo.
La potenza di un circuito che ha solo resistenza attiva (carico) è chiamata potenza attiva.
La potenza attiva caratterizza il tasso di conversione irreversibile dell'energia elettrica in altri tipi di energia (termica ed elettromagnetica - solo quella che non ritorna alla fonte).
La potenza attiva caratterizza il consumo irreversibile (irrecuperabile) dell'energia attuale.

Il consumo irreversibile di energia (potenza attiva) può andare sia in perdite (riscaldamento di fili e isolanti) sia in benefici: riscaldamento utile, conversione in altri tipi di energia (esecuzione di lavoro), radiazione da un trasmettitore radio, trasmissione ad un altro circuito, ecc.
Con corrente e tensione sinusoidali monofase (la corrente che possiamo ottenere in casa da una presa elettrica collegandovi una lampada a incandescenza):
P=U*I*cos φ, dove φ è l'angolo di fase tra corrente e tensione, cos φ è il fattore di potenza - mostra quale proporzione della potenza totale è potenza attiva.
L'unità di potenza attiva è W (watt); internazionale W.

Nei circuiti in corrente continua i valori di potenza istantanea e media in un periodo di tempo coincidono; è assente il concetto di potenza reattiva. Nei circuiti CA ciò accade se il carico è puramente attivo (riscaldatore elettrico, ferro da stiro, lampada ad incandescenza). Con un tale carico, la tensione e la fase della corrente coincidono e quasi tutta la potenza viene trasferita al carico.

Potenza reattiva (Q)
Il significato fisico di potenza reattiva è l'energia pompata dalla sorgente agli elementi reattivi del ricevitore (induttori, condensatori, avvolgimenti del motore), e poi restituita da questi elementi alla sorgente durante un periodo di oscillazione, denominato questo periodo. Caratterizza l'energia reattiva: energia che non viene consumata irrimediabilmente, ma viene immagazzinata solo temporaneamente in un campo magnetico. La potenza reattiva caratterizza l'energia che oscilla tra la sorgente e la sezione reattiva (induttiva e/o capacitiva) del circuito senza la sua conversione.
Si misura in volt-ampere reattivi (var o internazionale: var).

Q=U*I*sin φ, dove φ è l'angolo di fase tra corrente e tensione,

Se il carico è induttivo (trasformatori, motori elettrici, induttanze, elettromagneti), la corrente è in fase con la tensione, se il carico è capacitivo (vari dispositivi elettronici - un condensatore come dispositivo di accumulo di energia in un alimentatore a commutazione), quindi la corrente è in fase prima della tensione. Poiché la corrente e la tensione sono sfasate (carico reattivo), solo una parte della potenza (potenza totale) viene trasferita al carico (consumatore) che potrebbe essere trasferita al carico se lo sfasamento fosse zero (carico resistivo).

La parte della potenza totale che può essere trasferita al carico durante il periodo di corrente alternata è chiamata potenza attiva. È uguale al prodotto dei valori effettivi di corrente e tensione e del coseno dell'angolo di fase tra loro (cos φ).
La potenza che non è stata trasferita al carico, ma ha comportato perdite dovute al riscaldamento e all'irraggiamento, è chiamata potenza reattiva. È uguale al prodotto dei valori effettivi di corrente e tensione e del seno dell'angolo di fase tra loro (sin φ).

Nonostante il fatto che l'energia reattiva venga trasferita dalla sorgente al carico reattivo e ritorno (due volte per periodo, cambiando direzione ogni quarto del periodo), la corrente reattiva provoca ulteriori perdite di energia nella resistenza attiva dei fili; di conseguenza, più energia viene prelevato dalla fonte rispetto a quello restituito (le perdite non verranno restituite alla fonte), pertanto il generatore (trasformatore, gruppo di continuità, ecc.) deve essere di potenza maggiore e con cavi di sezione maggiore.
Nell'ingegneria radiofonica può essere utile la potenza reattiva (ad esempio, circuiti oscillatori).

Le grandi imprese generano grandi correnti reattive, che influiscono negativamente sul funzionamento del sistema energetico. Per questo motivo vengono prese in considerazione sia la componente attiva che quella reattiva della potenza. Per ridurre la generazione di correnti reattive, le aziende utilizzano unità di compensazione della potenza reattiva.

La potenza inattiva (potenza passiva, N) è la potenza della distorsione di corrente non lineare, pari alla radice quadrata della differenza tra i quadrati delle potenze totale e attiva nel circuito di corrente alternata.
In un circuito con tensione sinusoidale, la potenza inattiva è uguale alla radice quadrata della somma dei quadrati della potenza reattiva e delle potenze delle armoniche superiori della corrente.
In assenza di armoniche superiori, la potenza inattiva è uguale al modulo di potenza reattiva.
La potenza di un'armonica di corrente è intesa come il prodotto del valore efficace della corrente di una determinata armonica per il valore efficace della tensione.
La presenza di distorsioni di corrente non lineari in un circuito significa una violazione della proporzionalità tra i valori istantanei di tensione e corrente causata dalla non linearità del carico, ad esempio quando il carico è di natura pulsata.
Con un carico non lineare, la potenza apparente (totale) nel circuito aumenta a causa della potenza delle distorsioni di corrente non lineari, che non partecipano all'esecuzione del lavoro.
La potenza delle distorsioni non lineari non è attiva e comprende sia la potenza reattiva che la potenza di altre distorsioni attuali.
La potenza inattiva è costituita da componenti (ad esempio potenza di distorsione)
Questa grandezza fisica ha la dimensione della potenza, quindi VA (volt-ampere) o VAR (volt-ampere reattivo) possono essere utilizzati come unità di misura della potenza inattiva.

Piena potenza
La potenza apparente (S) è uguale alla tensione moltiplicata per la corrente, rispettivamente misurata in Volt-Amp (VA, o VA internazionale).
Con un carico lineare la potenza totale è pari alla radice quadrata della somma dei quadrati della potenza attiva e reattiva.
Con un carico non lineare (ad esempio alimentatori switching senza rifasatore), la potenza totale è pari alla radice quadrata della somma dei quadrati della potenza attiva e inattiva.

L’unità di misura pratica dell’energia elettrica è il kilowattora (kWh), cioè lavoro svolto a potenza costante (1 kW) per 1 ora. Un'unità di misura fuori sistema della quantità di energia prodotta o consumata, nonché del lavoro svolto. Viene utilizzato principalmente per misurare il consumo di elettricità nella vita quotidiana e nella produzione e per misurare la produzione di elettricità nell'industria dell'energia elettrica.

Il contatore dell'appartamento conta la potenza attiva.

Fonti di informazione:
Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica. Bessonov L.A.
Circuiti elettrici e magnetici. Zherebtsov I.P.
Fondamenti dell'energia moderna: un libro di testo per le università: in 2 volumi / sotto la direzione generale del membro corrispondente. RAS E. V. Ametistova

Chi solleverà l'intero carico ad un'altezza più velocemente, una persona o una gru?

Per trascinare 5 sacchi di patate da un orto situato a un paio di chilometri da casa, dovrai correre avanti e indietro con un secchio tutto il giorno. E se prendi un carrello, puoi farlo in due o tre ore. Qual è la differenza? La differenza sta nella velocità con cui il lavoro viene svolto.

La potenza caratterizza la velocità con cui viene svolto il lavoro.

La potenza (N) è una quantità fisica pari al rapporto tra il lavoro A e il periodo di tempo t durante il quale tale lavoro è stato eseguito.

potenza = lavoro/tempo,

O

dove N è la potenza,

Un lavoro,

t – tempo.

La potenza indica la quantità di lavoro svolto nell'unità di tempo.

Nel Sistema Internazionale (SI), l'unità di potenza è chiamata Watt (W) in onore dell'inventore inglese James Watt (Watt), che costruì la prima macchina a vapore.

[N] = W = J/s

1 W = 1 J/1 s

1 Watt equivale alla potenza di una forza che compie 1 J di lavoro in 1 secondo

O, quando un carico di 100 g viene sollevato ad un'altezza di 1 m in 1 secondo

Lo stesso James Watt (1736-1819) utilizzò un'altra unità di potenza: la potenza (1 hp), che introdusse per confrontare le prestazioni di un motore a vapore e di un cavallo. 1 CV = 735 W. La potenza viene utilizzata ancora oggi, ad esempio, quando si parla della potenza di un'auto o di un camion.

Applicazione della potenza in fisica

La potenza è la caratteristica più importante di qualsiasi motore. Motori diversi producono una potenza completamente diversa. Può trattarsi di centesimi di kilowatt, ad esempio il motore di un rasoio elettrico, o milioni di kilowatt, ad esempio il motore di un veicolo di lancio di un veicolo spaziale.

Sotto carichi diversi, il motore di un’auto produce una potenza diversa per continuare a muoversi alla stessa velocità. Ad esempio, all'aumentare della massa del carico, aumenta il peso dell'auto e, di conseguenza, aumenta la forza di attrito sulla superficie stradale e per mantenere la stessa velocità che senza carico, il motore dovrà svolgere più lavoro. Di conseguenza, la potenza generata dal motore aumenterà. Il motore consumerà più carburante. Questo è ben noto a tutti i conducenti. Tuttavia, alle alte velocità, gioca un ruolo significativo anche l'inerzia di un veicolo in movimento, tanto maggiore quanto maggiore è la sua massa. I conducenti di camion esperti trovano la combinazione ottimale di velocità e consumo di benzina in modo che il camion bruci meno carburante.

Si scopre che la fonte più potente di energia meccanica è un'arma da fuoco!

Utilizzando un cannone si può lanciare una palla di cannone del peso di 900 kg alla velocità di 500 m/s, sviluppando circa 110.000.000 J di lavoro in 0,01 secondi. Questo lavoro equivale al lavoro di sollevamento di 75 tonnellate di carico sulla cima della piramide di Cheope (altezza 150 m)

La potenza del colpo di cannone sarà di 11.000.000.000 di W = 15.000.000 di CV.