§ 51. Потужність

Одна й та сама робота може бути виконана за різний час. Баштовий кран їідніме 250 цеглин на висоту, де їрацюють будівельники, за лічені хвилини. Робітникові, щоб доставити туди цеглу, їотрібно кілька годин (мал. 4.4). Найкращі коні важковозних їорід можуть їеревезти вантаж до 3 т на відстань 30 км менше ніж за 5 год, а автомобіль КрАЗ з вантажем 18 т долає цю відстань за півгодини (мал. 4.5).

Швидкість виконання роботи — важлива характеристика різних машин і механізмів. Адже чим за менший час можна виконати роботу, тим продуктивнішою є машина. Швидкість виконання роботи характеризується фізичною величиною, яка називається потужність. Щоб порівняти швидкість виконання робіт різними машинами та механізмами, слід порівняти роботи, виконані ними за однакові проміжки часу. Найзручніше порівнювати роботи, виконані за якусь певну одиницю часу. У такому випадку не потрібно щоразу домовлятися про час спостереження за виконанням роботи; достатньо виконану роботу поділити на час її виконання. Отримане значення вказуватиме, яка робота виконується за одиницю часу.

Потужність у механіці найчастіше позначають латинською літерою N; формула для її визначення має вигляд

де А — робота; t — час, за який її виконано.

Потужність — фізична величина, що чисельно дорівнює відношенню роботи до проміжку часу, за який виконано цю роботу.

Потужність показує, яка робота може бути виконана за одиницю часу (1 с, 1 хв, 1 год).

Одиницею потужності у СІ є ват (1 Вт). Ця одиниця дістала назву на честь відомого англійського механіка і винахідника Джеймса Уатта, внесок якого у створення й удосконалення парових машин є дуже значним. Оскільки одиницею роботи в

СІ є 1 Дж, а одиницею часу — 1 с, то, згідно з формулою для визначення потужності

1 Вт — це потужність, при якій за час 1 с виконується робота 1 Дж.

Піднявши тягарець масою 100 г на висоту 1 м за 1с, ви розвинули потужність, яка приблизно дорівнює 1 Вт.

У техніці широко використовують й інші одиниці потужності: кіловат (1 кВт = 1000 Вт) та мегават (1 МВт = 1 000 000 Вт).

Потужності різних машин, механізмів, інших пристроїв, які здатні виконувати роботу (це стосується також людей і тварин), розрізняються. Значення потужностей людей у деяких випадках та інших тіл наведено нижче:

Знаючи потужність машини, двигуна, можна визначити роботу, яку вони можуть виконати за певний час. З формули

випливає, що A = Nt.

З а д а ч а 2. Пасажирський потяг протягом двох годин рухається зі швидкістю 108 км/год. Сила тяги електровоза становить 200 кН. Яку потужність розвинув електровоз на перегоні?

Щоб дати відповідь на це питання, виконаємо деякі розрахунки. Подамо всі фізичні величини в одиницях СІ.

Потужність електровоза можна знайти, якщо виконану ним роботу з переміщення вагонів поділити на час її виконання:

Виконана робота дорівнює силі тяги електровоза, помноженій на пройдений потягом шлях:

Шлях в умові задачі не вказано, проте відомо час руху t і швидкість v потяга. Тому s = vt. Тоді

Отже, потужність електровоза становить

Відповідь: N = 4,5 МВт.

Розв’язавши задачу, ми отримали ще одну формулу для визначення потужності: N = Fv. Визначати потужність за цією формулою зручно, коли відома сила, під дією якої рівномірно рухається тіло, та швидкість його руху.

Запитання та завдання

1.    Що називають потужністю?

2.    Запишіть формулу для визначення потужності, якщо відомі робота і час її виконання.

3.    Як, знаючи потужність машини і час, протягом якого вона працювала, визначити виконану нею роботу?

3.    Які одиниці потужності ви знаєте?

4.    Чому за однакової потужності двигунів трактор і автомобіль розвивають різну швидкість? Адже за один і той самий час їхні двигуни можуть виконати однакову роботу.

5.    Кран піднімає вантаж масою 500 кг на висоту 10 м за 20 с. Яку потужність розвиває двигун крана під час підняття вантажу?

6.    З греблі заввишки 30 м за 30 хв падає 1000 т води. Яку потужність розвиває вода, що падає?

7.    Яку потужність розвиває двигун скутера, що рухається зі швидкістю 54 км/год, якщо йому доводиться долати загальну силу опору 100 Н?

8.    У шахті на глибині 100 м кожної хвилини накопичується 4,5 м³ води. Якою повинна бути мінімальна потужність насоса для відкачування цієї води?

Це матеріал з підручника Фізика 7 клас Бойко, Венгер, Мельничук.