Ορισμός της δύναμης στη Φυσική
Η ισχύς είναι ο ρυθμός με τον οποίο γίνεται η εργασία ή η ενέργεια μεταφέρεται σε μια μονάδα χρόνου. Η ισχύς αυξάνεται εάν η εργασία εκτελείται γρηγορότερα ή η ενέργεια μεταφέρεται σε λιγότερο χρόνο.
Υπολογισμός ισχύος
Η εξίσωση για την ισχύ είναι P =W/t
- P σημαίνει ισχύς (σε watt)
- W αντιπροσωπεύει το ποσό της εργασίας που έγινε (σε Joules) ή την ενέργεια που δαπανήθηκε (σε Joules)
- t σημαίνει το χρονικό διάστημα (σε δευτερόλεπτα)
Σε όρους λογισμού, η ισχύς είναι το παράγωγο της εργασίας σε σχέση με το χρόνο. Εάν η εργασία γίνεται πιο γρήγορα, η ισχύς είναι μεγαλύτερη. Εάν η εργασία γίνεται πιο αργά, η ισχύς είναι μικρότερη.
Εφόσον το έργο είναι δύναμη επί μετατόπιση (W=F*d) και η ταχύτητα είναι μετατόπιση με την πάροδο του χρόνου (v=d/t), η ισχύς ισούται με δύναμη επί ταχύτητα:P =F*v. Περισσότερη ισχύς παρατηρείται όταν το σύστημα είναι τόσο ισχυρό σε δύναμη όσο και γρήγορο σε ταχύτητα.
Μονάδες ισχύος
Η ισχύς μετριέται σε ενέργεια (τζάουλ) διαιρούμενη με το χρόνο. Η μονάδα ισχύος SI είναι τα βατ (W) ή τζάουλ ανά δευτερόλεπτο (J/s). Η ισχύς είναι ένα βαθμωτό μέγεθος, δεν έχει κατεύθυνση.
Η ιπποδύναμη χρησιμοποιείται συχνά για να περιγράψει την ισχύ που παρέχεται από μια μηχανή. Η ιπποδύναμη είναι μια μονάδα ισχύος στο βρετανικό σύστημα μέτρησης. Είναι η ισχύς που απαιτείται για να σηκώσετε 550 λίβρες ανά ένα πόδι σε ένα δευτερόλεπτο και είναι περίπου 746 Watt.
Τα watt παρατηρούνται συχνά σε σχέση με τους λαμπτήρες. Σε αυτήν την ονομαστική ισχύ, είναι ο ρυθμός με τον οποίο ο λαμπτήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε φως και θερμότητα. Ένας λαμπτήρας με υψηλότερη ισχύ θα καταναλώνει περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια ανά μονάδα χρόνου.
Εάν γνωρίζετε την ισχύ ενός συστήματος, μπορείτε να βρείτε την ποσότητα εργασίας που θα παραχθεί, ως W=Pt. Εάν ένας λαμπτήρας έχει ονομαστική ισχύ 50 watt, θα παράγει 50 τζάουλ ανά δευτερόλεπτο. Σε μια ώρα (3600 δευτερόλεπτα) θα παράγει 180.000 τζάουλ.
Εργασία και δύναμη
Όταν περπατάτε ένα μίλι, η κινητήρια δύναμη σας μετατοπίζει το σώμα σας, το οποίο μετράται καθώς γίνεται η εργασία. Όταν τρέχετε το ίδιο μίλι, κάνετε τον ίδιο όγκο εργασίας αλλά σε λιγότερο χρόνο. Ο δρομέας έχει υψηλότερη βαθμολογία ισχύος από τον περιπατητή, βγάζοντας περισσότερα watt. Ένα αυτοκίνητο με 80 ίππους μπορεί να παράγει ταχύτερη επιτάχυνση από ένα αυτοκίνητο με 40 ίππους. Στο τέλος, και τα δύο αυτοκίνητα κάνουν 60 μίλια την ώρα, αλλά ο κινητήρας των 80 ίππων μπορεί να φτάσει αυτή την ταχύτητα πιο γρήγορα.
Στον αγώνα μεταξύ της χελώνας και του λαγού, ο λαγός είχε περισσότερη δύναμη και επιτάχυνε πιο γρήγορα, αλλά η χελώνα έκανε την ίδια δουλειά και διένυσε την ίδια απόσταση σε πολύ μεγαλύτερο χρόνο. Η χελώνα έδειξε λιγότερη δύναμη.
Μέση ισχύς
Όταν συζητάμε για την εξουσία, οι άνθρωποι συνήθως αναφέρονται στη μέση ισχύ, Pμέση . Είναι η ποσότητα της εργασίας που γίνεται σε μια χρονική περίοδο (ΔW/Δt) ή η ποσότητα της ενέργειας που μεταφέρεται σε μια χρονική περίοδο (ΔE/Δt).
Στιγμιαία ισχύς
Ποια είναι η ισχύς σε μια συγκεκριμένη στιγμή; Όταν η μονάδα χρόνου πλησιάζει το μηδέν, απαιτείται λογισμός για την εξαγωγή μιας απάντησης, αλλά υπολογίζεται κατά προσέγγιση με τη δύναμη επί την ταχύτητα.
