§39 Мощность

Представим, что нужно поднять 100 кирпичей на второй этаж. Человек это сделает за полчаса, а подъёмный кран – за полминуты. Затраченное на одну и ту же работу время будет разным, потому что человек и машина работают с разной мощностью.

Мощность (обозначается P, англ. Power) – физическая величина, которая характеризует скорость совершения работы.

Она измеряется в ваттах (Вт) в честь учёного Джеймса Уатта.

Мощность равна отношению работы к затраченному времени и вычисляется по формуле

Выведем еще одну формулу мощности.

Формула работы

Если в этой формуле вместо S подставить формулу пути , получится, что работа .

Подставим эту формулу работы в формулу мощности и получим:

Получается, есть ещё одна формула мощности:

То есть мощность зависит от того, с какой силой и скоростью работает человек или прибор.

Рассмотрим пример с подъёмом кирпичей исходя из новой формулы. Допустим, что мощность строителя, который носит кирпичи, постоянна. Если строитель будет носить по два кирпича, ему нужно будет прилагать силу F₁ и перемещаться со скоростью υ₁. Если он возьмёт сразу десять кирпичей, ему придётся приложить большую силу F₂, но перемещаться он будет с меньшей скоростью υ₂. Поскольку мощность строителя постоянна, можно записать

.

Выбор в пользу силы или скорости используется в механизмах переключения передач, например, в велосипеде. Чтобы сохранять постоянную скорость на высокой передаче нужно прилагать больше усилий (F₁), но крутить педали можно медленнее ( ). На низкой передаче крутить педали легче (F₂), но делать это нужно быстрее ( ).

Кроме ватт (Вт), для измерения мощности используют внесистемные единицы, например «лошадиную силу» (л. с.), которая равна 736 Вт. Эту единицу ввёл сам Уатт. В эпоху, когда на замену лошадям пришёл паровой двигатель, нужна была величина для сравнения их мощностей.

Мощность в 5 л. с. означает, что двигатель заменяет сразу пять тягловых лошадей.

Вопросы:

1. В чём разница между работой и мощностью?

2. Какую величину называют мощностью?

3. В каких единицах измеряют мощность?

4. Зачем применяют устройства переключения передач?