Потужність. Одиниці потужності
На практиці має значення не лише величина виконаної роботи, але і час, протягом якого вона здійснюється. Одну і ту ж роботу різні механізми виконують за різний час. Швидкість виконання роботи у фізиці характеризують фізичною величиною, яка називається потужність.
Потужність дорівнює відношенню роботи до часу, за який вона була здійснена.
Якщо за однакові, скільки завгодно малі проміжки часу здійснюється не однакова робота, потужність буде змінна з часом. В цьому випадку вводиться в розгляд значення миттєвої потужності :
(1.28)
Якщо за час dt точка прикладення сили переміщається на dS, тоді елементарна робота dА, що здійснюється за час dt буде рівна:
dА=FdS,
а потужність можна представити у виді:
.
(1.29)
За одиницю потужності приймають таку потужність, при якій за 1 с здійснюється робота 1 Дж. Цю одиницю називають ват (Вт), на честь англійського ученого Уатта (1736-1819) - винахідника парової машини. 1Вт = 1Дж/с.
Енергія. Закон збереження енергії.
Енергію, яку має рухоме тіло, називають кінетичною енергією.
Кінетична енергія тіла вимірюється роботою, яку тіло може виконати завдяки інерції при загальмовуванні тіла до зупинки.
Сила інерції рухомого тіла при гальмуванні, виконує роботу, що йде на подолання опору руху. Сила інерції діє по напряму руху (cos α=1) і чисельно рівна:
. Впродовж нескінченно малого проміжку часу робота сили рівна
.
В
результаті перетворення отримаємо:
.
Кінетична енергія тіла, що рухається із швидкістю v, є сумою робіт, виконаних силою інерції при загальмовуванні тіла до повної зупинки.
.
(1.30)
Вода, що рухається, приводячи в обертання турбіни гідроелектростанції, витрачає свою кінетичну енергію і здійснює роботу. Усяке тіло, що рухається, має кінетичну енергію. Кінетична енергія залежить від маси тіла і його швидкості.
Робота усіх прикладених сил дорівнює роботі рівнодійної сили (див. рис. 1.19).
Між зміною швидкості тіла і роботою, здійсненою прикладеними до тіла силами, існує зв'язок. Цей зв'язок найпростіше встановити, розглядаючи рух тіла уздовж прямої лінії під дією постійної сили. В цьому випадку вектори сили, переміщення, швидкості і прискорення спрямовані уздовж однієї прямої, і тіло здійснює прямолінійний рівноприскорений рух. Направивши координатну вісь уздовж прямої руху, можна розглядати F, s, v і a як величини (позитивні або негативні залежно від напряму відповідного вектора. Тоді роботу сили можна записати як
A=F·S .
При рівноприскореному
русі переміщення s виражається формулою
.
Звідси витікає, що ·
Робота прикладеної до тіла рівнодійної сили дорівнює зміні його кінетичної енергії.
A=Ek2 - Еk1 . (1.31)
Це твердження називають теоремою про кінетичну енергію. Теорема про кінетичну енергію справедлива і в загальному випадку, коли тіло рухається під дією сили, що змінюється, напрям якої не співпадає з напрямом переміщення.