Докладніше про потужність

У фізиці потужність - це відношення роботи до часу, протягом якого вона виконується. Механічна робота - це кількісна характеристика дії сили F на тіло, внаслідок якого воно переміщається на відстань s. Потужність також можна визначити як швидкість передачі енергії. Іншими словами, потужність – показник працездатності машини. Вимірявши потужність, можна зрозуміти у якій кількості та з якою швидкістю виконується робота.

Одиниці потужності

Потужність вимірюють у джоулях на секунду, або ватах. Поряд із ватами використовуються також кінські сили. До винаходу парової машини потужність двигунів не вимірювали, і, відповідно, був загальноприйнятих одиниць потужності. Коли парову машину почали використовувати у шахтах, інженер та винахідник Джеймс Уатт зайнявся її удосконаленням. Для того щоб довести, що його вдосконалення зробили парову машину більш продуктивною, він порівняв її потужність з працездатністю коней, оскільки коні використовувалися людьми протягом довгих років, і багато хто міг легко уявити, скільки роботи може виконати коня за певну кількість часу. До того ж не у всіх шахтах застосовувалися парові машини. На тих, де їх використовували, Уатт порівнював потужність старої та нової моделей парової машини з потужністю одного коня, тобто з однією кінською силою. Уат визначив цю величину експериментально, спостерігаючи за роботою тяглових коней на млині. Згідно з його вимірами одна кінська сила – 746 ват. Зараз вважається, що ця цифра перебільшена, і кінь не може довго працювати в такому режимі, але змінювати одиницю не стали.Потужність можна використовувати як показник продуктивності, оскільки зі збільшенням потужності збільшується кількість виконаної роботи за одиницю часу. Багато хто зрозумів, що зручно мати стандартизовану одиницю потужності, тому кінська сила стала дуже популярною. Її почали використовувати і для вимірювання потужності інших пристроїв, особливо транспорту. Незважаючи на те, що вати використовуються майже так само довго, як кінські сили, в автомобільній промисловості частіше застосовуються кінські сили, і багатьом покупцям зрозуміліше, коли саме в цих одиницях вказана потужність автомобільного двигуна.

Потужність побутових електроприладів

На побутових електроприладах зазвичай вказано потужність. Деякі світильники обмежують потужність лампочок, які можна використовувати, наприклад не більше 60 ватів. Це зроблено тому, що лампи вищої потужності виділяють багато тепла, і світильник з патроном можуть бути пошкоджені. Та й сама лампа за високої температури у світильнику прослужить недовго. В основному це проблема з лампами розжарювання. Світлодіодні, люмінесцентні та інші лампи зазвичай працюють з меншою потужністю при однаковій яскравості і якщо вони використовуються у світильниках, призначених для ламп розжарювання, проблем з потужністю не виникає.

Чим більша потужність електроприладу, тим вище споживання енергії та вартості використання приладу. Тому виробники постійно покращують електроприлади та лампи. Світловий потік ламп, що вимірюється в люменах, залежить від потужності, але також від виду ламп. Чим більше світловий потік лампи, тим яскравіше виглядає її світло.Для людей важлива саме висока яскравість, а не споживана ламою потужність, тому останнім часом альтернативи лампам розжарювання користуються все більшою популярністю. Нижче наведено приклади видів ламп, їх потужності та створюваний ними світловий потік.

• 450 люменів:
  • Лампа розжарювання: 40 Вт
  • Компактна люмінесцентна лампа: 9–13 Вт
  • Світлодіодна лампа: 4-9 ват.
  • Лампа розжарювання: 60 ват
  • Компактна люмінесцентна лампа: 13-15 Вт
  • Світлодіодна лампа: 10–15 Вт
  • Лампа розжарювання: 100 ват
  • Компактна люмінесцентна лампа: 23–30 Вт
  • Світлодіодна лампа: 16–20 Вт

  З цих прикладів очевидно, що при одному і тому ж створюваному світловому потоці світлодіодні лампи споживають найменше електроенергії і більш економні порівняно з лампами розжарювання. На момент написання цієї статті (2013) ціна світлодіодних ламп у багато разів перевищує ціну ламп розжарювання. Незважаючи на це, в деяких країнах заборонили або збираються заборонити продаж ламп розжарювання через їхню високу потужність.

  Потужність побутових електроприладів може відрізнятися залежно від виробника, і завжди однакова під час роботи приладу. Внизу наведено зразкові потужності деяких побутових приладів.

  Матриця світлодіодів 5050. Потужність одного такого світлодіода приблизно дорівнює 200 міліватам
  • Побутові кондиціонери для охолодження житлового будинку, спліт-система: 20–40 кіловат
  • Моноблочні віконні кондиціонери: 1–2 кіловати
  • Духові шафи: 2.1–3.6 кіловати
  • Пральні машини та сушіння: 2–3.5 кіловати
  • Посудомийні машини: 1.8–2.3 кіловати
  • Електричні чайники: 1–2 кіловати
  • Мікрохвильові печі: 0.65–1.2 кіловати
  • Холодильники: 0.25–1 кіловат
  • Тостери: 0.7–0.9 кіловата

  Потужність у спорті

  Оцінювати роботу за допомогою потужності можна не тільки для машин, а й для людей та тварин. Наприклад, потужність, з якою баскетболістка кидає м'яч, обчислюється за допомогою вимірювання сили, яку вона прикладає до м'яча, відстані якого пролетів м'яч, та часу, протягом якого ця сила була застосована. Існують сайти, що дозволяють обчислити роботу та потужність під час фізичних вправ. Користувач вибирає вид вправ, вводить зростання, вагу, тривалість вправ, після чого програма розраховує потужність. Наприклад, згідно з одним з таких калькуляторів, потужність людини зростом 170 сантиметрів і вагою в 70 кілограм, який зробив 50 віджимань за 10 хвилин, дорівнює 39.5 Вт. Спортсмени іноді використовують пристрої визначення потужності, з якою працюють м'язи під час фізичного навантаження. Така інформація допомагає визначити, наскільки ефективна вибрана програма вправ.

  Динамометри

  Для вимірювання потужності використовують спеціальні пристрої динамометри. Ними також можна вимірювати крутний момент і силу. Динамометри використовують у різних галузях промисловості, від техніки до медицини. Наприклад, з допомогою можна визначити потужність автомобільного двигуна. Для вимірювання потужності автомобілів використовують кілька основних видів динамометрів. Щоб визначити потужність двигуна за допомогою одних динамометрів, необхідно витягти двигун з машини і приєднати його до динамометра. В інших динамометрах зусилля вимірювання передається безпосередньо з колеса автомобіля.У цьому випадку двигун автомобіля через трансмісію надає руху колеса, які, у свою чергу, обертають валики динамометра, що вимірює потужність двигуна за різних дорожніх умов.

  Цей динамометр вимірює момент, що крутить, а також потужність силового агрегату автомобіля.

  Динамометри також використовують у спорті та в медицині. Найпоширеніший вид динамометрів цих цілей — изокинетический. Зазвичай це спортивний тренажер із датчиками, підключений до комп'ютера. Ці датчики вимірюють силу та потужність всього тіла чи окремих груп м'язів. Динамометр можна запрограмувати видавати сигнали та попередження, якщо потужність перевищила певне значення. Це особливо важливо людям із травмами під час реабілітаційного періоду, коли потрібно не перевантажувати організм.

  Згідно з деякими положеннями теорії спорту, найбільший спортивний розвиток відбувається за певного навантаження, індивідуального для кожного спортсмена. Якщо навантаження недостатньо важка, спортсмен звикає до нього і розвиває свої здібності. Якщо, навпаки, вона надто важка, то результати погіршуються через навантаження організму. Фізичне навантаження під час деяких вправ, таких як велосипедний спорт чи плавання, залежить від багатьох факторів довкілля, таких як стан дороги чи вітер. Таке навантаження важко виміряти, проте можна з'ясувати, з якою потужністю організм протидіє цьому навантаженню, після чого змінюватиме схему вправ, залежно від бажаного навантаження.