Мощность. Единицы мощности

Приобретая автомобиль, газонокосилку, микроволновую печь и др., человек интересуется их мощностью. Именно мощность является паспортной характеристикой машин и механизмов. Что же такое мощность? Почему так важно ее знать?

Рассмотрим пример. Человек лопатой копает яму для погреба в течение нескольких дней. Такую же яму экскаватор выкопает за несколько минут. Работа выполняется одинаковая. Одинаковая масса грунта поднимается на одну и ту же высоту. Но быстрота совершения работы человеком и экскаватором разная. За единицу времени экскаватор выполняет во много раз большую работу, чем человек. Для описания быстроты совершения работы вводится мощность.

Физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который эта работа совершена, называется мощностью. Обозначается мощность буквой \(P\). \[Мощность = \frac{работа}{промежуток\:времени},\] или \[P = \frac{A}{t}.\]

За единицу мощности в СИ принимается мощность, при которой действующая на тело сила за время \(t = 1\:с\) совершает работу \(A = 1\:Дж\). Эта единица мощности называется ватт (Вт) в честь английского изобретателя Дж. Уатта. Для измерения больших мощностей используют кратные единицы: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт). Обратите внимание: \[1\:гВт = 100\:Вт = 1 \cdot 10^{2}\:Вт;\] \[1\:кВт = 1000\:Вт = 1 \cdot 10^{3}\:Вт;\] \[1\:МВт = 1\:000\:000\:Вт = 1 \cdot 10^{6}\:Вт.\]

Для малых мощностей употребляются дольные единицы - милливатт (мВт), микроватт (мкВт): \[1\:мВт = 0,001\:Вт = 1 \cdot 10^{-3}\:Вт\] \[1\:мкВт = 0,000001\:Вт = 1 \cdot 10^{-6}\:Вт.\]

В быту часто необдуманно единицу мощности киловатт принимают за единицу работы. Но работа \(A = P \cdot t\), из чего следует, что единицей работы может быть только киловатт-час (кВт ⋅ ч), но не киловатт (кВт). Выразим мощность через другие единицы - силу и скорость. Мощность \(P = \frac{A}{t}\), но работа \(A = F \cdot s\), путь \(s = vt\). Тогда \[P = Fv.\]

Мощность пропорциональна силе, совершающей работу, и скорости движения. Тогда при постоянной мощности чем меньше скорость, тем больше сила. Вот почему водитель, трогаясь с места или поднимаясь в гору, когда требуется большая сила, едет на малой скорости. Тем самым он увеличивает силу тяги двигателя автомобиля.

В автомобилестроении по традиции используют старинную единицу мощности - лошадиную силу (л. с.).

\[1\:л.\:с. = 736\:Вт.\]

В этих внесистемных единицах мощность первого белорусского трактора МТЗ-2 (1953 г.) была равна 37 л. с. Освоенный в 2010 г. трактор «Беларус-3023» имеет двигатель мощностью 300 л. с. Переведите эти значения мощности в единицы СИ самостоятельно и сравните их.

Главные выводы:

  1. Мощность - физическая величина, характеризующая быстроту совершения работы.
  2. Единицей мощности в СИ является 1 ватт.
  3. Одинаковую мощность можно получить либо при большой скорости и небольшой силе, либо при малой скорости и большой силе.

Читать далее