כוח הוא מדד של כמה מהר מבוצעת משימה, או כמה משימות מבוצעות בפרק זמן נתון.
בפיזיקה, מושג הכוח מתייחס לכמות האנרגיה הנצרכת, או מסופקת, לביצוע משימות אלה, ולזמן שנעשה בו שימוש.
אם שתי מכונות עושות את אותה עבודה ואחת מהן עושה זאת במחצית הזמן, מהר יותר הוא חזק יותר. אם שתי מכונות עובדות באותו פרק זמן, ואחת מהן מייצרת פי שניים, המכונה שמייצרת הכי הרבה היא החזקה ביותר.
הכוח הוא תוצאה של החלוקה בין העבודה לבין מרווח הזמן המשמש לביצוע עבודה זו, בהיותה כמות סקלרית, כלומר אין צורך להגדיר כיוון וכיוון.
נוסחת כוח ממוצעת
איפה:
ט היא עבודה, נמדדת ב- J (ג'אול);, נמדד בשניות (שניות).
מכיוון שכמות העבודה, כלומר האנרגיה, בשימוש או באספקה, יכולה להשתנות לאורך זמן, הנוסחה שלעיל נותנת את הכוח הממוצע.
יחידת כוח
במערכת הבינלאומית (SI), יחידת העבודה היא הג'אול (J) והזמן הוא השני / ים. לכן יחידת הכוח היא J / s, מדד כה חשוב עד שקיבלה שם מיוחד, הוואט (W), לכבוד ג'יימס וואט, הממציא, המתמטיקאי והמהנדס. בעיני רבים נחשב כמבשר המהפכה התעשייתית, ג'יימס וואט שיכלל את מנוע הקיטור, ומאוחר יותר, רשם פטנט על המנוע שלו, בנוסף לתרומות רבות אחרות.
מושג נוסף שפיתח ג'יימס וואט היה HP (Horse-Power), או CV (כוחות סוס).
מקובל להיתקל בדרכים אחרות לייצוג הספק, כגון כ"ס מרובה (1,000 וואט) ו- MW (1,000,000 וואט), הנפוצים באספקת אנרגיה חשמלית.
בשקל-רגל-שניות, וואט אחד מתבטא כ:
כוח של כוח קבוע בתזוזה
העוצמה מתבטאת על ידי:
כוח F, מבצע עבודה על גוף, מעביר אותו מנקודה A לנקודה B. ניתן לחשב את העבודה המבוצעת בכוח F בעת הזזת הגוף כדלקמן:
איפה:
F הוא כוח קבוע, הנמדד בניוטונים (N).
d הוא העקירה, נמדדת במטרים (מ ').
cos θ הוא הקוסינוס של הזווית θ. (זווית שנוצרה בין כיווני הכוח והתנועה)
כוח של כוח כפונקציה של המהירות הממוצעת
מכיוון שהמהירות הממוצעת היא העקירה חלקי הזמן, בהתאם ליחס:
החלפת המשוואה הקודמת של העבודה, יש לנו:
כוח מיידי
כוח הוא תוצאה של חלוקת העבודה ומשך הזמן ששימש לביצוע אותה עבודה. אם ניקח מרווח זמן קטן מאוד, הנוטה לכיוון אפס, יש לנו את הכוח המיידי.
איפה,
פירושו שהחלוקה תעשה עם א 
קרוב מאוד לאפס.
ביצועים
היעילות של מכונה או מכשיר היא היחס בין הכוח שהופעל בפועל לבין הכוח שקיבלו. הכוח השימושי הזה הוא החלק הניתן לשימוש, הוא הכוח שהתקבל מינוס זה שהתפוגג.
מכשיר או מכונה שמקבלים כמות כוח אינם יכולים להפוך אותה לחלוטין לעבודה, חלק אבוד בגלל חיכוך, בצורה של חום, רעש ותהליכים אחרים.
פוטו = פוטר - פוטד
איפה:
פוטו הוא הכוח השימושי;
סוּסוֹן הוא הכוח שהתקבל;
פוטד הוא הכוח המפוזר.
נוסחת הכנסה
איפה,
האם ההכנסה היא;
פוטו הוא הכוח השימושי;
סוּסוֹן הוא הכוח שהתקבל.
דרך נוספת לבטא תשואה היא להחליף את הביטוי של כוח שימושי בתשואה.
התשואה היא תמיד פחות מ 100%. כדי להבין מדוע זה קורה, יש צורך לראות כי בנוסחה, הכוח השימושי, שנמצא במונה, הוא תמיד פחות מהכוח המתקבל, מכיוון שתמיד יש פיזור.
מכיוון שמדובר בחלוקה בין כמויות של אותה יחידה, לתשואה אין יחידת מדידה, שכן הן מבוטלות בחלוקה. אנו אומרים שזו כמות חסרת ממד ומקובל לבטא אותה באחוזים.
ניתן להרחיב את רעיון התשואה למכונות חשמליות, תרמיות ומכניות.
למידע נוסף על ביצועים עם מחזור קרנוט.
תרגילים
שאלה 1
ספינה שתעביר הזמנה של מכוניות עוגנת להעמיס אותה. הרכבים נמצאים במכולות ומשקלם המשוער הוא 4000 ק"ג כל אחד. כדי להעביר אותם מהנמל לסיפון הספינה, מנוף מרים אותם לגובה 30 מ '. כל פעולת הרמת מכולה נמשכת 5 דקות.
חשב את ההספק שמשמש את המנוף לביצוע משימה זו. שקול את תאוצת כוח הכבידה g, השווה ל- 10 מ '/ s².
פתרון הבעיה:
מכיוון שהכוח הממוצע הוא עבודה מחולק לפי זמן, והזמן כבר מסופק על ידי הבעיה, עלינו לקבוע עבודה.
נתונים:
מ '= 4000 ק"ג
גובה = 30 מ '
t = 5 דקות = 5 x 60 שניות = 300 שניות
g = 10 מ 'לשנייה.
עבודת מנוף תינתן בכוח משקל.
לכן,
ההספק בשימוש יהיה 4 קילוואט.
שאלה 2
בכביש, מכונית נעה במהירות קבועה של 40 מ 'לשנייה. כדי לבצע תנועה זו, הפעילו כוח אופקי קבוע באותו כיוון למהירות. המנוע מפיק הספק של 80 קילוואט. מה עוצמת הכוח המופעל?
פתרון הבעיה:
אנו יכולים לקבוע כוח באמצעות יחסו לכוח ולמהירות.
נתונים:
Vm = 40 מ 'לשנייה
סיר = 80 קילוואט
כוחו של כוח קבוע ניתן על ידי תוצר הכוח על ידי המהירות ועל ידי הקוסינוס של הזווית הנוצרת ביניהם. מכיוון שבמקרה זה כוח ומהירות הם באותו כיוון וכיוון, הזווית θ היא אפס וקוסינוס הוא 1.
סיר = F. Vm. cos θ
סיר = F.Vm. 0
סיר = F. Vm. 1
בידוד F והחלפת הערכים,
עוצמת הכוח המופעל תהיה 20 kN.
שאלה 3
(Fuvest-SP). מסוע מעביר 15 מארזי משקאות בדקה ממחסן תת קרקעי לקומת הקרקע. אורך הליכון 12 מ ', נטייה של 30 מעלות מהאופק ונע במהירות קבועה. התיבות המיועדות להובלה ממוקמות כבר במהירות המסוע. אם כל תיבה שוקלת 200 N, המנוע המניע את המנגנון הזה חייב לספק את הכוח של:
א) 20W
ב) 40W
ג) 300W
ד) 600W
ה) 1800W
פתרון הבעיה:
כוח ניתן על ידי הקשר בין העבודה לזמן המשמש, בשניות.
נתונים:
t = דקה 1 = 60 שניות
אורך החגורה = 12 מ '
שיפוע = 30 °
P = 200 N לקופסה
עם 15 קופסאות, יש לנו 200 N x 15 = 3000 N.
אז P = 3000 N, ולכן מ"ג = 3000 N.
מכיוון שעבודת כוח הכבידה ניתנת על ידי T = m.g.h, עלינו לקבוע את הגובה.
בגובה h, המחצלת יוצרת משולש ישר זווית 30º ביחס לרוחב. לכן, כדי לקבוע את h, נשתמש בסינוס של 30º.
מטריגונומטריה אנו יודעים שסינוס 30 ° = 1/2.
העבודה תינתן על ידי:
כדי לקבוע את העוצמה, פשוט חלק את העבודה לפי זמן.
התשובה, אם כן, היא האות ג.
אתה על שהתעניינת ב:
כוח חשמלי
עבודה ואנרגיה
נוסחאות פיזיקה
