Как найти p в физике формула: Недопустимое название — Викиверситет

Содержание

Формула давления в физике

Содержание:

Определение и формула давления

Определение

Давление – это физическая величина,характеризующая состояние сплошной среды. Оно равно пределу отношения нормальной составляющей силы, которая действует на участок поверхности тела площади $\Delta S$ к размеру данной площади при $\Delta S \rightarrow 0$ . Обозначается давление буквой p. Тогда математической записью определения давления станет формула:

$$p=\lim _{\Delta S \rightarrow 0} \frac{\Delta F_{n}}{\Delta S}=\frac{d F_{n}}{d S}$$

Выражение (1) определяет давление в точке.

Среднее давление

Средним давлением на поверхность называют величину:

$$\langle p\rangle=\frac{F_{n}}{S}(2)$$

где Fn – нормальная составляющая силы, которая действует на рассматриваемую поверхность, S – площадь этой поверхности.

Давление идеального газа

Давление идеального газа вычисляют, используя основное уравнение молекулярно – кинетической теории:

$$p=n k T(3)$$

где $n=\frac{N}{V}$– концентрация молекул газа (N – число частиц), k=1,38•10

-23 Дж/К – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура газа.{*}$ –поверхностное натяжение жидкости,p0* – давление под не искривлённым слоем жидкости, H — средняя кривизна поверхности жидкости, вычисляемая по закону Лапласа:

$$H=\frac{1}{2}\left(\frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}}\right)$$

R1, R2 – главные радиусы кривизны.

Единицы измерения давления

Основной единицей измерения давления в системе СИ является: [p]=Па (паскаль)

Внесистемные единицы давления: [p]=мм рт.ст.(миллиметр ртутного столба),мм в.ст (мм водяного столба),атмосфера,бар.

Па= Н/м2 и 1 бар=105 Па.

Техническая атмосфера ~1 бар. Физическая атмосфера 1,01 бар=760 мм рт.ст.. 1 мм рт.ст.=133 Па.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Каково давление в море на глубине h=8,5 м, если атмосферное давление равно p0=10

5 Па, плотность морской воды равна $\rho$=1,03•103 кг/м3

Решение.{5}$ (Па)

Слишком сложно?

Формула давления не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Каково давление струи на неподвижную плоскость, если струя воды ударяет ее под углом $\alpha$ к нормали плоскости, и упруго отскакивает от нее без изменения скорости? Скорость струи v.

Решение. Сделаем рисунок.

За время $\Delta t$ о стенку ударяется масса воды равная:

$$m=l S \rho=v \Delta t S \rho$$

где S — поперечное сечение струи, $\rho$ – плотность воды. В соответствии с законом сохранения импульса имеем:

$$F \Delta t=m \Delta v \rightarrow F=\frac{m \Delta v}{\Delta t}(2.2)$$

где F – сила, с которой вода действует на стенку.

Примем за положительное направление нормали внешней к опоре и учитывая, что струя отскакивает от стены без потери скорости, получаем:

$$\Delta v=v_{2} \cos \alpha-\left(-v_{1} \cos \alpha\right)=v_{2} \cos \alpha+v_{1} \cos \alpha=2 v \cos \alpha(2.{2}$

Читать дальше: Формула закона Ома.

Сила, Давление — Формулы по физике

По рыхлому снегу человек идёт с большим трудом, глубоко проваливаясь при каждом шаге. Но, надев лыжи, он может идти, почти не проваливаясь в него. Почему? На лыжах или без лыж человек действует на снег с одной и той же силой, равной своему весу. Однако действие этой силы в обоих случаях различно, потому что различна площадь поверхности, на которую давит человек, с лыжами и без лыж. Площадь поверхности лыж почти в 20 раз больше площади подошвы. Поэтому, стоя на лыжах, человек действует на каждый квадратный сантиметр площади поверхности снега с силой, в 20 раз меньшей, чем стоя на снегу без лыж.

Ученик, прикалывая кнопками газету к доске, действует на каждую кнопку с одинаковой силой. Однако кнопка, имеющая более острый конец, легче входит в дерево.


Значит, результат действия силы зависит не только от её модуля, направления и точки приложения, но и от площади той поверхности, к которой она приложена (перпендикулярно которой она действует).

Этот вывод подтверждают физические опыты.

Опыт.Результат действия данной силы зависит от того, какая сила действует на единицу площади поверхности.

По углам небольшой доски надо вбить гвозди. Сначала гвозди, вбитые в доску, установим на песке остриями вверх и положим на доску гирю. В этом случае шляпки гвоздей лишь незначительно вдавливаются в песок. Затем доску перевернем и поставим гвозди на острие. В этом случае площадь опоры меньше, и под действием той же силы гвозди значительно углубляются в песок.

Опыт. Вторая иллюстрация.

От того, какая сила действует на каждую единицу площади поверхности, зависит результат действия этой силы.

В рассмотренных примерах силы действовали перпендикулярно поверхности тела. Вес человека был перпендикулярен поверхности снега; сила, действовавшая на кнопку, перпендикулярна поверхности доски.

Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.

Чтобы определить давление, надо силу, действующую перпендикулярно поверхности, разделить на площадь поверхности:

давление = сила / площадь.

Обозначим величины, входящие в это выражение: давление — p, сила, действующая на поверхность, — F и площадь поверхности — S.

Тогда получим формулу:

p = F/S

Понятно, что бóльшая по значению сила, действующую на ту же площадь, будет производить большее давление.

За единицу давления принимается такое давление, которое производит сила в 1 Н, действующая на поверхность площадью 1 м2 перпендикулярно этой поверхности.

Единица давления — ньютон на квадратный метр ( 1 Н / м2 ). В честь французского ученого 

Блеза Паскаля она называется паскалем (Па). Таким образом,

1 Па = 1 Н / м2 .

Используется также другие единицы давления: гектопаскаль (гПа) и килопаскаль (кПа).

1 кПа = 1000 Па;

1 гПа = 100 Па;

1 Па = 0,001 кПа;

1 Па = 0,01 гПа.

Пример. Рассчитать давление, производимое на пол мальчиком, масса которого 45 кг, а площадь подошв его ботинок, соприкасающихся с полом, равна 300 см2.

Запишем условие задачи и решим её.

Дано: m = 45 кг, S = 300 см2; p = ?

В единицах СИ: S = 0,03 м2

Решение:

p = F/S,

F = P,

P = g·m,

P = 9,8 Н · 45 кг ≈ 450 Н,

p = 450/0,03 Н / м2 = 15000 Па = 15 кПа

‘Ответ’: p = 15000 Па = 15 кПа

Способы уменьшения и увеличения давления.

Тяжелый гусеничный трактор производит на почву давление равное 40 — 50 кПа, т. е. всего в 2 — 3 раза больше, чем давление мальчика массой 45 кг. Это объясняется тем, что вес трактора распределяется на бóльшую площадь за счёт гусеничной передачи. А мы установили, что 

чем больше площадь опоры, тем меньше давление, производимое одной и той же силой на эту опору.

В зависимости от того, нужно ли получить малое или большое давление, площадь опоры увеличивается или уменьшается. Например, для того, чтобы грунт мог выдержать давление возводимого здания, увеличивают площадь нижней части фундамента.

Шины грузовых автомобилей и шасси самолетов делают значительно шире, чем легковых. Особенно широкими делают шины у автомобилей, предназначенных для передвижения в пустынях.

Тяжелые машины, как трактор, танк или болотоход, имея большую опорную площадь гусениц, проходят по болотистой местности, по которой не пройдет человек.

С другой стороны, при малой площади поверхности можно небольшой силой произвести большое давление. Например, вдавливая кнопку в доску, мы действуем на нее с силой около 50 Н. Так как площадь острия кнопки примерно 1 мм

2, то давление, производимое ею, равно:

p = 50 Н/ 0, 000 001 м2 = 50 000 000 Па = 50 000 кПа.

Для сравнения, это давление в 1000 раз больше давления, производимого гусеничным трактором на почву. Можно найти еще много таких примеров.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и др.) специально остро оттачивается. Заточенный край острого лезвия имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким инструментом легко работать.

Режущие и колющие приспособления встречаются и в живой природе: это зубы, когти, клювы, шипы и др. — все они из твердого материала, гладкие и очень острые.

Давление

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся.

Опыт. Здесь мы узнаем, что газ давит на стенки сосуда по всем направлениям одинаково.

Мы уже знаем, что газы, в отличие от твердых тел и жидкостей, заполняют весь сосуд, в котором находятся. Например, стальной баллон для хранения газов, камера автомобильной шины или волейбольный мяч. При этом газ оказывает давление на стенки, дно и крышку баллона, камеры или любого другого тела, в котором он находится. Давление газа обусловлено иными причинами, чем давление твердого тела на опору.

Известно, что молекулы газа беспорядочно движутся. При своем движении они сталкиваются друг с другом, а также со стенками сосуда, в котором находится газ. Молекул в газе много, поэтому и число их ударов очень велико. Например, число ударов молекул воздуха, находящегося в комнате, о поверхность площадью 1 см2 за 1 с выражается двадцатитрехзначным числом. Хотя сила удара отдельной молекулы мала, но действие всех молекул на стенки сосуда значительно, — оно и создает давление газа.

Итак, давление газа на стенки сосуда (и на помещенное в газ тело) вызывается ударами молекул газа

.

Рассмотрим следующий опыт. Под колокол воздушного насоса поместим резиновый шарик. Он содержит небольшое количество воздуха и имеет неправильную форму. Затем насосом откачиваем воздух из-под колокола. Оболочка шарика, вокруг которой воздух становится все более разреженным, постепенно раздувается и принимает форму правильного шара.

Как объяснить этот опыт?

Для хранения и перевозки сжатого газа используются специальные прочные стальные баллоны.

В нашем опыте движущиеся молекулы газа непрерывно ударяют о стенки шарика внутри и снаружи. При откачивании воздуха число молекул в колоколе вокруг оболочки шарика уменьшается. Но внутри шарика их число не изменяется. Поэтому число ударов молекул о внешние стенки оболочки становится меньше, чем число ударов о внутренние стенки. Шарик раздувается до тех пор, пока сила упругости его резиновой оболочки не станет равной силе давления газа. Оболочка шарика принимает форму шара. Это показывает, что 

газ давит на ее стенки по всем направлениям одинаково. Иначе говоря, число ударов молекул, приходящихся на каждый квадратный сантиметр площади поверхности, по всем направлениям одинаково. Одинаковое давление по всем направлениям характерно для газа и является следствием беспорядочного движения огромного числа молекул.

Попытаемся уменьшить объем газа, но так, чтобы масса его осталась неизменной. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре газа молекул станет больше, плотность газа увеличится. Тогда число ударов молекул о стенки увеличится, т. е. возрастет давление газа. Это можно подтвердить опытом.

На рисунке а изображена стеклянная трубка, один конец которой закрыт тонкой резиновой пленкой. В трубку вставлен поршень. При вдвигании поршня объем воздуха в трубке уменьшается, т. е. газ сжимается. Резиновая пленка при этом выгибается наружу, указывая на то, что давление воздуха в трубке увеличилось.

Наоборот, при увеличении объема этой же массы газа, число молекул в каждом кубическом сантиметре уменьшается. От этого уменьшится число ударов о стенки сосуда — давление газа станет меньше. Действительно, при вытягивании поршня из трубки объем воздуха увеличивается, пленка прогибается внутрь сосуда. Это указывает на уменьшение давления воздуха в трубке. Такие же явления наблюдались бы, если бы вместо воздуха в трубке находился бы любой другой газ.

Итак, при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема давление уменьшается при условии, что масса и температура газа остаются неизменными.

А как изменится давление газа, если нагреть его при постоянном объеме? Известно, что скорость движения молекул газа при нагревании увеличивается. Двигаясь быстрее, молекулы будут ударять о стенки сосуда чаще. Кроме того, каждый удар молекулы о стенку будет сильнее. Вследствие этого, стенки сосуда будут испытывать большее давление.

Следовательно, давление газа в закрытом сосуде тем больше, чем выше температура газа, при условии, что масса газа и объем не изменяются.

Из этих опытов можно сделать общий вывод, что давление газа тем больше, чем чаще и сильнее молекулы ударяют о стенки сосуда.

Для хранения и перевозки газов их сильно сжимают. При этом давление их возрастает, газы необходимо заключать в специальные, очень прочные баллоны. В таких баллонах, например, содержат сжатый воздух в подводных лодках, кислород, используемый при сварке металлов. Конечно же, мы должны навсегда запомнить, что газовые баллоны нельзя нагревать, тем более, когда они заполнены газом. Потому что, как мы уже понимаем, может произойти взрыв с очень неприятными последствиями.

Закон Паскаля.

Давление передается в каждую точку жидкости или газа.

Давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар.

Теперь газ.

В отличие от твердых тел отдельные слои и мелкие частицы жидкости и газа могут свободно перемещаться относительно друг друга по всем направлениям. Достаточно, например, слегка подуть на поверхность воды в стакане, чтобы вызвать движение воды. На реке или озере при малейшем ветерке появляется рябь.

Подвижностью частиц газа и жидкости объясняется, что давление, производимое на них, передается не только в направлении действия силы, а в каждую точку. Рассмотрим это явление подробнее.

На рисунке, а изображен сосуд, в котором содержится газ (или жидкость). Частицы равномерно распределены по всему сосуду. Сосуд закрыт поршнем, который может перемещаться вверх и вниз.

Прилагая некоторую силу, заставим поршень немного переместиться внутрь и сжать газ (жидкость), находящийся непосредственно под ним. Тогда частицы (молекулы) расположатся в этом месте более плотно, чем прежде(рис, б). Благодаря подвижности частицы газа будут перемещаться по всем направлениям. Вследствие этого их расположение опять станет равномерным, но более плотным, чем раньше (рис, в). Поэтому давление газа всюду возрастет. Значит, добавочное давление передается всем частицам газа или жидкости. Так, если давление на газ (жидкость) около самого поршня увеличится на 1 Па, то во всех точках внутри газа или жидкости давление станет больше прежнего на столько же. На 1 Па увеличится давление и на стенки сосуда, и на дно, и на поршень.

Давление, производимое на жидкость или газ, передается на любую точку одинаково во всех направлениях.

Это утверждение называется законом Паскаля.

На основе закона Паскаля легко объяснить следующие опыты.

На рисунке изображен полый шар, имеющий в различных местах небольшие отверстия. К шару присоединена трубка, в которую вставлен поршень. Если набрать воды в шар и вдвинуть в трубку поршень, то вода польется из всех отверстий шара. В этом опыте поршень давит на поверхность воды в трубке. Частицы воды, находящиеся под поршнем, уплотняясь, передают его давление другим слоям, лежащим глубже. Таким образом, давление поршня передается в каждую точку жидкости, заполняющей шар. В результате часть воды выталкивается из шара в виде одинаковых струек, вытекающих из всех отверстий.

Если шар заполнить дымом, то при вдвигании поршня в трубку из всех отверстий шара начнут выходить одинаковые струйки дыма. Это подтверждает, что и газы передают производимое на них давление во все стороны одинаково.

Давление в жидкости и газе.

Под действием веса жидкости резиновое дно в трубке прогнется.

На жидкости, как и на все тела на Земле, действует сила тяжести. Поэтому, каждый слой жидкости, налитой в сосуд, своим весом создает давление, которое по закону Паскаля передается по всем направлениям. Следовательно, внутри жидкости существует давление. В этом можно убедиться на опыте.

В стеклянную трубку, нижнее отверстие которой закрыто тонкой резиновой пленкой, нальем воду. Под действием веса жидкости дно трубки прогнется.

Опыт показывает, что, чем выше столб воды над резиновой пленкой, тем больше она прогибается. Но всякий раз после того, как резиновое дно прогнулось, вода в трубке приходит в равновесие (останавливается), так как, кроме силы тяжести, на воду действует сила упругости растянутой резиновой пленки.

По мере опускания трубки

резиновая пленка постепенно выпрямляется.

Силы, действующие на резиновую пленку,

одинаковы с обеих сторон.

Иллюстрация.

Дно отходит от цилиндра вследствие давления на него силы тяжести.

Опустим трубку с резиновым дном, в которую налита вода, в другой, более широкий сосуд с водой. Мы увидим, что по мере опускания трубки резиновая пленка постепенно выпрямляется. Полное выпрямление пленки показывает, что силы, действующие на нее сверху и снизу, равны. Наступает полное выпрямление пленки тогда, когда уровни воды в трубке и сосуде совпадают.

Такой же опыт можно провести с трубкой, в которой резиновая пленка закрывает боковое отверстие, как это показано на рисунке, а. Погрузим эту трубку с водой в другой сосуд с водой, как это изображено на рисунке, б. Мы заметим, что пленка снова выпрямится, как только уровни воды в трубке и сосуде сравняются. Это означает, что силы, действующие на резиновую пленку, одинаковы со всех сторон.

Возьмем сосуд, дно которого может отпадать. Опустим его в банку с водой. Дно при этом окажется плотно прижатым к краю сосуда и не отпадет. Его прижимает сила давления воды, направленная снизу вверх.

Будем осторожно наливать воду в сосуд и следить за его дном. Как только уровень воды в сосуде совпадет с уровнем воды в банке, оно отпадет от сосуда.

В момент отрыва на дно давит сверху вниз столб жидкости в сосуде, а снизу вверх на дно передается давление такого же по высоте столба жидкости, но находящейся в банке. Оба эти давления одинаковы, дно же отходит от цилиндра вследствие действия на него собственной силы тяжести.

Выше были описаны опыты с водой, но если взять вместо воды любую другую жидкость, результаты опыта будут те же.

Итак, опыты показывают, что внутри жидкости существует давление, и на одном и том же уровне оно одинаково по всем направлениям. С глубиной давление увеличивается.

Газы в этом отношении не отличаются от жидкостей, ведь они тоже имеют вес. Но надо помнить, что плотность газа в сотни раз меньше плотности жидкости. Вес газа, находящегося в сосуде, мал, и его «весовое» давление во многих случаях можно не учитывать.

Формула давления

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Давление столба жидкости (гидростатическое давление) равно плотности этой жидкости, умноженной на высоту столба жидкости и ускорение свободного падения.

   

Здесь – давление, – плотность жидкости, – ускорение свободного падения ( м/с), – высота столба жидкости (глубина, на которой находится сдавливаемое тело).

Единица измерения давления – Па (паскаль).

Это векторная величина. В каждой точке жидкости давление одинаково во всех направлениях. Чаще всего в задачах требуется найти давление столба воды. Её плотность – 1000 кг/м. Формула верна не только для жидкости, но и для идеального газа. Есть ещё одна формула давления:

   

Где – сила тяжести, действующая на жидкость (её вес), – площадь поверхности, на которую оказывается давление.

Примеры решения задач по теме «Давление»

ПРИМЕР 1
Задание Высота воды в аквариуме 1 м. Найти давление на дно аквариума.
Решение Напоминаем, плотность воды кг/м, а м/с. Таким образом:

(Па)

Ответ Давление воды составляет 9800 Паскаль.
ПРИМЕР 2
Задание Закрытый сосуд устроен так, что его крышка подвижна (см. рисунок). Сосуд наполнен жидкостью, плотность которой известна. На крышку сосуда действует сила . Найти давление на дно сосуда, если известны площадь дна и крышки и объём жидкости в сосуде.
Решение Пусть:

– площадь крышки

– площадь дна

– объём жидкости

– плотность жидкости

Крышка подвижна, значит она давит на жидкость с той силой, с которой внешние силы давят на неё сверху.

Очевидно:

Попробуем найти давление жидкости:

Соберём всё вместе:

Ответ
Читайте также:

Все формулы по физике

Формула силы выталкивания

Формула напряжённости магнитного поля

Формула силы Ампера

Формула силы Лоренца

Формула ЭДС

Формула длины волны

10 формул по физике

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Формулы составляют скелет науки об электронике. Вместо того, чтобы сваливать на стол целую кучу радиоэлементов, а потом переподключать их между собой, пытаясь выяснить, что же появится на свет в результате, опытные специалисты сразу строят новые схемы на основе известных математических и физических законов. Именно формулы помогают определять конкретные значения номиналов электронных компонентов и рабочих параметров схем.

Точно так же эффективно использовать формулы для модернизации уже готовых схем. К примеру, для того, чтобы выбрать правильный резистор в схеме с лампочкой, можно применить базовый закон Ома для постоянного тока (о нем можно будет прочесть в разделе “Соотношения закона Ома” сразу после нашего лирического вступления). Лампочку можно заставить, таким образом, светить более ярко или, наоборот — притушить.

В этой главе будут приведены многие основные формулы физики, с которыми рано или поздно приходится сталкиваться в процессе работы в электронике. Некоторые из них известны уже столетия, но мы до сих пор продолжаем ими успешно пользоваться, как будут пользоваться и наши внуки.

Соотношения закона Ома

Закон Ома представляет собой взаимное соотношение между напряжением, током, сопротивлением и мощностью. Все выводимые формулы для расчета каждой из указанных величин представлены в таблице:

Искомая величина Формула
Напряжение, В U=I*R
Ток, А I=U/R
Сопротивление, Ом R=U/I
Мощность, Вт P=U*I

В этой таблице используются следующие общепринятые обозначения физических величин:

U — напряжение (В),

I — ток (А),

Р — мощность (Вт),

R — сопротивление (Ом),

Потренируемся на следующем примере: пусть нужно найти мощность схемы. Известно, что напряжение на ее выводах составляет 100 В, а ток— 10 А. Тогда мощность согласно закону Ома будет равна 100 х 10 = 1000 Вт. Полученное значение можно использовать для расчета, скажем, номинала предохранителя, который нужно ввести в устройство, или, к примеру, для оценки счета за электричество, который вам лично принесет электрик из ЖЭК в конце месяца.

А вот другой пример: пусть нужно узнать номинал резистора в цепи с лампочкой, если известно, какой ток мы хотим пропускать через эту цепь. По закону Ома ток равен:

I = U / R

Схема, состоящая из лампочки, резистора и источника питания (батареи) показана на рисунке. Используя приведенную формулу, вычислить искомое сопротивление сможет даже школьник.

Что же в этой формуле есть что? Рассмотрим переменные подробнее.

> U пит (иногда также обозначается как V или Е): напряжение питания. Вследствие того, что при прохождении тока через лампочку на ней падает какое-то напряжение, величину этого падения (обычно рабочее напряжение лампочки, в нашем случае 3,5 В) нужно вычесть из напряжения источника питания. К примеру, если Uпит = 12 В, то U = 8,5 В при условии, что на лампочке падает 3,5 В.

I: ток (измеряется в амперах), который планируется пропустить через лампочку. В нашем случае – 50 мА. Так как в формуле ток указывается в амперах, то 50 миллиампер составляет лишь малую его часть: 0,050 А.

> R: искомое сопротивление токоограничивающего резистора, в омах.

В продолжение, можно проставить в формулу расчета сопротивления реальные цифры вместо U, I и R:

R = U/I = 8,5 В / 0,050 А= 170 Ом

Расчёты сопротивления

Рассчитать сопротивление одного резистора в простой цепи достаточно просто. Однако с добавлением в нее других резисторов, параллельно или последовательно, общее сопротивление цепи также изменяется. Суммарное сопротивление нескольких соединенных последовательно резисторов равно сумме отдельных сопротивлений каждого из них. Для параллельного же соединения все немного сложнее.

Почему нужно обращать внимание на способ соединения компонентов между собой? На то есть сразу несколько причин.

> Сопротивления резисторов составляют только некоторый фиксированный ряд номиналов. В некоторых схемах значение сопротивления должно быть рассчитано точно, но, поскольку резистор именно такого номинала может и не существовать вообще, то приходится соединять несколько элементов последовательно или параллельно.

> Резисторы — не единственные компоненты, которые имеют сопротивление. К примеру, витки обмотки электромотора также обладают некоторым сопротивлением току. Во многих практических задачах приходится рассчитывать суммарное сопротивление всей цепи.

Расчет сопротивления последовательных резисторов

Формула для вычисления суммарного сопротивления резисторов, соединенных между собой последовательно, проста до неприличия. Нужно просто сложить все сопротивления:

Rобщ = Rl + R2 + R3 + … (столько раз, сколько есть элементов)

В данном случае величины Rl, R2, R3 и так далее — сопротивления отдельных резисторов или других компонентов цепи, а Rобщ — результирующая величина.

Так, к примеру, если имеется цепь из двух соединенных последовательно резисторов с номиналами 1,2 и 2,2 кОм, то суммарное сопротивление этого участка схемы будет равно 3,4 кОм.

Расчет сопротивления параллельных резисторов

Все немного усложняется, если требуется вычислить сопротивление цепи, состоящей из параллельных резисторов. Формула приобретает вид:

R общ = R1 * R2 / (R1 ­­+ R2)

где R1 и R2 — сопротивления отдельных резисторов или других элементов цепи, а Rобщ -результирующая величина. Так, если взять те же самые резисторы с номиналами 1,2 и 2,2 кОм, но соединенные параллельно, получим

776,47 = 2640000 / 3400

Для расчета результирующего сопротивления электрической цепи из трех и более резисторов используется следующая формула:

Здесь снова величины Rl, R2, R3 и так далее — сопротивления отдельных резисторов, a Rобщ — суммарная величина.

Расчёты ёмкости

Формулы, приведенные выше, справедливы и для расчета емкостей, только с точностью до наоборот. Так же, как и для резисторов, их можно расширить для любого количества компонентов в цепи.

Расчет емкости параллельных конденсаторов

Если нужно вычислить емкость цепи, состоящей из параллельных конденсаторов, необходимо просто сложить их номиналы:

Собщ = CI + С2 + СЗ + …

В этой формуле CI, С2 и СЗ — емкости отдельных конденсаторов, а Собщ суммирующая величина.

Расчет емкости последовательных конденсаторов

Для вычисления общей емкости пары связанных последовательно конденсаторов применяется следующая формула:

Собщ  = С1 * С2 /( С1+С2)

где С1 и С2 — значения емкости каждого из конденсаторов, а Собщ — общая емкость цепи

Расчет емкости трех и более последовательно соединенных конденсаторов

В схеме имеются конденсаторы? Много? Ничего страшного: даже если все они связаны последовательно, всегда можно найти результирующую емкость этой цепи:

И здесь опять величины C1, С2, СЗ и так далее — емкости отдельных конденсаторов, а Собщ. — суммарная величина.

Так зачем же вязать последовательно сразу несколько конденсаторов, когда могло хватить одного? Одним из логических объяснений этому факту служит необходимость получения конкретного номинала емкости цепи, аналога которому в стандартном ряду номиналов не существует. Иногда приходится идти и по более тернистому пути, особенно в чувствительных схемах, как, например, радиоприемники.

Расчёт энергетических уравнений

Наиболее широко на практике применяют такую единицу измерения энергии, как киловатт-часы или, если это касается электроники, ватт-часы. Рассчитать затраченную схемой энергию можно, зная длительность времени, на протяжении которого устройство включено. Формула для расчета такова:

ватт-часы = Р х Т

В этой формуле литера Р обозначает мощность потребления, выраженную в ваттах, а Т — время работы в часах. В физике принято выражать количество затраченной энергии в ватт-секундах, или Джоулях. Для расчета энергии в этих единицах ватт-часы делят на 3600.

Расчёт постоянной ёмкости RC-цепочки

В электронных схемах часто используются RC-цепочки для обеспечения временных задержек или удлинения импульсных сигналов. Самые простые цепочки состоят всего лишь из резистора и конденсатора (отсюда и происхождение термина RC-цепочка).

Принцип работы RC-цепочки состоит в том, что заряженный конденсатор разряжается через резистор не мгновенно, а на протяжении некоторого интервала времени. Чем больше сопротивление резистора и/или конденсатора, тем дольше будет разряжаться емкость. Разработчики схем очень часто применяют RC-цепочки для создания простых таймеров и осцилляторов или изменения формы сигналов.

Каким же образом можно рассчитать постоянную времени RC-цепочки? Поскольку эта схема состоит из резистора и конденсатора, в уравнении используются значения сопротивления и емкости. Типичные конденсаторы имеют емкость порядка микрофарад и даже меньше, а системными единицами являются фарады, поэтому формула оперирует дробными числами.

T = RC

В этом уравнении литера Т служит для обозначения времени в секундах, R — сопротивления в омах, и С — емкости в фарадах.

Пусть, к примеру, имеется резистор 2000 Ом, подключенный к конденсатору 0,1 мкФ. Постоянная времени этой цепочки будет равна 0,002 с, или 2 мс.

Для того чтобы на первых порах облегчить вам перевод сверхмалых единиц емкостей в фарады, мы составили таблицу:

Значение емкости конденсатора, мкФ Емкость конденсатора для расчета
10 0,000 01
1 0,000 001
0,1 0,000 000 1
0,01 0,000 000 01

Расчёты частоты и длины волны

Частота сигнала является величиной, обратно пропорциональной его длине волны, как будет видно из формул чуть ниже. Эти формулы особенно полезны при работе с радиоэлектроникой, к примеру, для оценки длины куска провода, который планируется использовать в качестве антенны. Во всех следующих формулах длина волны выражается в метрах, а частота — в килогерцах.

Расчет частоты сигнала

Предположим, вы хотите изучать электронику для того, чтобы, собрав свой собственный приемопередатчик, поболтать с такими же энтузиастами из другой части света по аматорской радиосети. Частоты радиоволн и их длина стоят в формулах бок о бок. В радиолюбительских сетях часто можно услышать высказывания о том, что оператор работает на такой-то и такой длине волны. Вот как рассчитать частоту радиосигнала, зная длину волны:

Частота = 300000 / длина волны

Длина волны в данной формуле выражается в миллиметрах, а не в футах, аршинах или попугаях. Частота же дана в мегагерцах.

Расчет длины волны сигнала

Ту же самую формулу можно использовать и для вычисления длины волны радиосигнала, если известна его частота:

Длина волны = 300000 / Частота

Результат будет выражен в миллиметрах, а частота сигнала указывается в мегагерцах.

Приведем пример расчета. Пусть радиолюбитель общается со своим другом на частоте 50 МГц (50 миллионов периодов в секунду). Подставив эти цифры в приведенную выше формулу, получим:

6000 миллиметров = 300000 / 50 МГц

Однако чаще пользуются системными единицами длины — метрами, поэтому для завершения расчета нам остается перевести длину волны в более понятную величину. Так как в 1 метре 1000 миллиметров, то в результате получим 6 м. Оказывается, радиолюбитель настроил свою радиостанцию на длину волны 6 метров. Прикольно!



Работа и мощность тока — урок. Физика, 8 класс.

При прохождении тока в цепи электрическое поле совершает работу по перемещению заряда. В этом случае работу электрического поля называют работой электрического тока.

При прохождении заряда \(q\) по участку цепи электрическое поле будет совершать работу: \(A=q\cdot U\), где \(U\) — напряжение электрического поля, \(A\) — работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению заряда \(q\) из одной точки в другую.

Для выражения любой из этих величин можно использовать приведённый ниже рисунок.


 

Рис. \(1\). Зависимость между работой, напряжением и зарядом

 

Количество заряда, прошедшее по участку цепи, пропорционально силе тока и времени прохождения заряда: q=I⋅t.

Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна напряжению на её концах и количеству заряда, проходящего по этому участку: A=U⋅q.

Работа электрического тока на участке цепи пропорциональна силе тока, времени прохождения заряда и напряжению на концах участка цепи: A=U⋅I⋅t.

Чтобы выразить любую из величин из данной формулы, можно воспользоваться рисунком.

 

 

Рис. \(2\). Зависимость между работой, силой тока и временем прохождения заряда

 

Единицы измерения величин:

работа электрического тока \([A]=1\) Дж;

напряжение на участке цепи \([U]=1\) В;

сила тока, проходящего по участку \([I]=1\) А;

время прохождения заряда (тока) \([t]=1\) с.

Для измерения работы электрического тока нужны вольтметр, амперметр и часы. Например, для определения работы, которую совершает электрический ток, проходя по спирали лампы накаливания, необходимо собрать цепь, изображённую на рисунке. Вольтметром измеряется напряжение на лампе, амперметром — сила тока в ней. А при помощи часов (секундомера) засекается время горения лампы.


 

Рис. \(3\). Схема и часы для измерения

 

Например:

 

I = 1,2 АU = 5 Вt = 1,5 мин = 90 сА = U⋅I⋅t = 5⋅1,2⋅90 = 540 Дж 

 

Обрати внимание!

Работа чаще всего выражается в килоджоулях или мегаджоулях.

\(1\) кДж = 1000 Дж или \(1\) Дж = \(0,001\) кДж;
\(1\) МДж = 1000000 Дж или \(1\) Дж = \(0,000001\) МДж.

Для потребителей электрической энергии существуют приборы, позволяющие в пределах ошибки измерения получать числовые данные о ее расходе в единицу времени.

 

 

Рис. \(4\). Электросчетчик

Механическая мощность численно равна работе, совершённой телом в единицу времени: N = Аt.  Чтобы найти мощность электрического тока, надо поступить точно также, т.е. работу тока, A=U⋅I⋅t, разделить на время.

Мощность электрического тока обозначают буквой \(Р\):

P=At=U⋅I⋅tt=U⋅I. Таким образом:

Мощность электрического тока равна произведению напряжения на силу тока: P=U⋅I.

Из этой формулы можно определить и другие физические величины.
Для удобства можно использовать приведённый ниже рисунок.

 

 

Рис. \(5\). Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока

 

За единицу мощности принят ватт: \(1\) Вт = \(1\) Дж/с.

 

Из формулы P=U⋅I следует, что


\(1\) ватт = \(1\) вольт ∙ \(1\) ампер, или \(1\) Вт = \(1\) В ∙ А.


 

Обрати внимание!

Используют также единицы мощности, кратные ватту: гектоватт (гВт), киловатт (кВт), мегаватт (МВт).
\(1\) гВт = \(100\) Вт или \(1\) Вт = \(0,01\) гВт;
\(1\) кВт = \(1000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,001\) кВт;
\(1\) МВт = \(1 000 000\) Вт или \(1\) Вт = \(0,000001\) МВт.

Пример:

Измерим силу тока в цепи с помощью амперметра, а напряжение на участке — с помощью вольтметра.

 

 

Рис. \(6\). Схема

 

Так как мощность тока прямо пропорциональна напряжению и силе тока, протекающего через лампочку, то перемножим их значения:

 

I=1,2АU=5ВP =U⋅I=5⋅1,2=6Вт.

 

Ваттметры измеряют мощность электрического тока, протекающего через прибор. По своему назначению и техническим характеристикам ваттметры разнообразны.

В зависимости от сферы применения у них различаются пределы измерения.

 

Аналоговый ваттметр

Аналоговый ваттметр

Аналоговый ваттметр

Цифровой ваттметр

 

Рис. \(7\). Приборы для измерения

 

Подключим к цепи по очереди две лампочки накаливания, сначала одну, затем другую и измерим силу тока в каждой из них. Она будет разной.

 

 

 

Рис. \(8\). Лампы различной мощности в цепи

 

Сила тока в лампочке мощностью \(25\) ватт будет составлять \(0,1\) А. Лампочка мощностью \(100\) ватт потребляет ток в четыре раза больше — \(0,4\) А. Напряжение в этом эксперименте неизменно и равно \(220\) В. Легко можно заметить, что лампочка в \(100\) ватт светится гораздо ярче, чем \(25\)-ваттовая лампочка. Это происходит оттого, что её мощность больше. Лампочка, мощность которой в \(4\) раза больше, потребляет в \(4\) раза больше тока. Значит: 

 

Обрати внимание!

Мощность прямо пропорциональна силе тока.

Что произойдёт, если одну и ту же лампочку подсоединить к источникам различного напряжения? В данном случае используется напряжение \(110\) В и \(220\) В.


  

 

Рис. \(8\). Лампа, подключенная к источнику тока с различным напряжением

 

Можно заметить, что при большем напряжении лампочка светится ярче, значит, в этом случае её мощность будет больше. Следовательно:

 

Обрати внимание!

Мощность зависит от напряжения.

Рассчитаем мощность лампочки в каждом случае:

 

I=0,2АU=110ВP=U⋅I=110⋅0,2=22ВтI=0,4АU=220ВP=U⋅I=220⋅0,4=88Вт.

 

Можно сделать вывод о том, что при увеличении напряжения в \(2\) раза мощность увеличивается в \(4\) раза.
Не следует путать эту мощность с номинальной мощностью лампы (мощность, на которую рассчитана лампа). Номинальная мощность лампы (а соответственно, ток через нить накала и её расчётное сопротивление) указывается только для номинального напряжения лампы (указано на баллоне, цоколе или упаковке).


 

 

Рис. \(9\). Маркировка

 

В таблице дана мощность, потребляемая различными приборами и устройствами:

 

Таблица \(1\). Мощность различных приборов

 

Название

Рисунок

Мощность

 Калькулятор

\(0,001\) Вт

 Лампы дневного света

\(15 — 80\) Вт

 Лампы накаливания

\(25 — 5000\) Вт

 Компьютер

\(200 — 450\) Вт

 Электрический чайник

\(650 — 3100\) Вт

 Пылесос

\(1500 — 3000\) Вт

 Стиральная машина

\(2000 — 4000\) Вт

 Трамвай

\(150 000 — 240000\) Вт

Источники:

Рис. 1. Зависимость между работой, напряжением и зарядом. © ЯКласс.
Рис. 3. Схема и часы для измерения. © ЯКласс.
Рис. 5. Зависимость между мощностью, напряжением и силой тока. © ЯКласс.
Рис. 6. Схема. © ЯКласс.
Таблица 1.  Мощность различных приборов. Компьютер. Указание авторства не требуется, 2021-08-14, Pixabay License, https://pixabay.com/ru/photos/яблоко-стул-компьютер-1834328/.

Вес тела в физике: формула, масса, сила тяжести

 

В жизни мы очень часто говорим: «вес 5 килограмм», «весит 200 грамм» и так далее. И при этом не знаем, что допускаем ошибку, говоря так. Понятие веса тела изучают все в курсе физики в седьмом классе, однако ошибочное использование некоторых определений смешалось у нас настолько, что мы забываем изученное и считаем, что вес тела и масса это одно и то же.

Однако это не так. Более того, масса тела величина неизменная, а вот вес тела может меняться, уменьшаясь вплоть до нуля. Так в чем же ошибка и как говорить правильно? Попытаемся разобраться.2

Но, несмотря на совпадение с формулой и направлением силы тяжести, есть серьезное различие между силой тяжести и весом тела. Сила тяжести приложена к телу, то есть, грубо говоря, это она давит на тело, а вес тела приложен к опоре или подвесу, то есть, здесь уже тело давит на подвес или опору.

Но природа существования силы тяжести и веса тела одинакова притяжение Земли. Собственно говоря, вес тела является следствием приложенной к телу силы тяжести. И, так же как и сила тяжести, вес тела уменьшается с увеличением высоты.

Вес тела в невесомости

В состоянии невесомости вес тела равен нулю. Тело не будет давить на опору или растягивать подвес и весить ничего не будет. Однако, будет по-прежнему обладать массой, так как, чтобы придать телу какую-либо скорость, надо будет приложить определенное усилие, тем большее, чем больше масса тела.

В условиях же другой планеты масса также останется неизменной, а вес тела увеличится или уменьшится, в зависимости от силы притяжения планеты. Массу тела мы измеряем весами, в килограммах, а чтобы измерить вес тела, который измеряется в ньютонах, можно применить динамометр специальное устройство для измерения силы.

Конечно, в быту не принципиально, если мы смешиваем понятия веса и массы. Но знать разницу все же необходимо для того, чтобы считать себя образованным человеком.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Сила упругости: закон Гука.
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЕдиницы силы: Ньютон

в физике, в чем измеряется, какой буквой обозначается, формула

Подготовили для вас краткую статью о том, что такое давление, чтобы помочь разобраться и структурировать свои знания по этой теме.

Что такое давление в физике

Давление — скалярная физическая величина, которая характеризует состояние сплошной среды. Равняется пределу соотношения нормальной составляющей силы, действующей на участок поверхности тела площади \(S\), к размеру данной площади.2} ).\)

Внесистемными единицами измерения данной величины являются мм рт.ст. (миллиметр ртутного столба), мм.в.ст. (миллиметр водяного столба), атмосфера, бар.

Общая формула 

Значение давления находится по формуле:

\(p=\frac{F}{S} ,\)

где \(F\) — сила, которая действует на поверхность, \(S\) — площадь этой поверхности.

Основываясь на формуле, можно сделать вывод о том, что чем больше площадь опоры, тем меньше давление, которое воздействует одной и той же силой на эту опору. Это отлично демонстрируется, когда человек на лыжах меньше проваливается в снег, чем тот, который передвигается без них.

Давление, которое производится на жидкость или газ, передается на любую точку равнонаправленно, то есть одинаково в каждом из направлений. Данное утверждение получило название закона Паскаля.

Формула гидростатического давления

Гидростатическое давление — это воздействие столба жидкости в состоянии равновесия на дно, а также стенки сосуда.

Важно понимать:

  • давление внутри жидкости на определенном уровне одинаково во всех направлениях. При увеличении глубины давление увеличивается;
  • давление столба жидкости не зависит от формы сосуда.

Давление жидкости на дно сосуда обуславливается плотностью жидкости, а также ее высотой столба. Измерить можно по формуле:

\(p = gρh\)

При данном расчете плотность \(ρ\) следует считать в килограммах на кубический метр, а высоту столба жидкости \(h\) — в метрах, \(g = 9,8 \frac{Н}{кг}\), тогда итог будет выражен в паскалях.

Парциальное давление и его формула

Парциальное давление — то, которое имел бы газ, который входит в состав газовой смеси, если бы он один занимал весь объем, который занимает объем смеси при той же температуре.

Давление отдельного газа из смеси находится по формуле:

\(p1 = x1p,\)

где \(p1\) — парциональное давление конкретного газа в газовой смеси, \(x1\) — мольная доля этого газа, а \(p\) — общее давление газовой смеси.

Также его можно найти следующим образом:

\(p1=\frac{h2RT}{V}\)

Здесь \(V\) — объем смеси, \(T\) — температура смеси.

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений каждого газа в смеси.

\(p = p1 + p2 + p3 … + p4\)

Формула давления идеального газа

Давление газа на стенки сосуда, а также на помещенное в него тело, возникает благодаря ударам молекул.

Для установления связи между объемом, давлением и температурой существует уравнение Клапейрона-Менделеева. Оно имеет вид:

\(pV=nRT\)

Здесь \(V\) — объем, \(R\) — газовая постоянная, равная \(8,31431 \frac{Дж}{моль\cdotК}\) , \(T\) — температура, \(n\) — количество молей газа.

Выводы на основе данного уравнения:

  • при уменьшении объема газа его давление увеличивается, а при увеличении объема — уменьшается при условии того, что масса и температура газа остаются неизменными;
  • давление газа в закрытом сосуде увеличивается при увеличении температуры газа.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории имеет вид:

\(p=\frac{2}{3}nEk\)

Сложно? Обращайтесь за помощью к нашим авторам. Для ФениксХелп нет ничего невозможного.

напряжение ток сопротивление и электрическая мощность общие основные электрические формулы математические вычисления формула калькулятора для расчета энергии энергия работа уравнение степенной закон ватт понимание общая электрическая круговая диаграмма расчет электричества электрическая ЭДС напряжение формула мощности уравнение два разных уравнения для расчета мощности общий закон омов аудио физика электричество электроника формула колесо формулы амперы ватты вольт омы косинус уравнение звуковая инженерия круговая диаграмма заряд физика мощность запись звука вычисление электротехническая формула мощность математика пи физика взаимосвязь

напряжение ток сопротивление и электрическая мощность общие основные электрические формулы математические вычисления формула калькулятора для расчета энергии энергия работа уравнение мощность закон ваттс понимание общая электрическая круговая диаграмма расчет электричества электрическая ЭДС напряжение формула мощности уравнение два разных уравнения для расчета мощности общий закон Ома аудио физика электричество электричество формула tronics колесо формулы амперы ватты вольт омы косинус уравнение аудио инженерия круговая диаграмма заряд физика мощность звук запись вычисление электротехника формула мощность математика пи физика отношение взаимосвязь — sengpielaudio Sengpiel Berlin

Электрический ток , Электроэнергия , Электрическое напряжение

Электричество и Электрический заряд

Наиболее распространенные общие формулы, используемые в электротехнике

Основные формулы и Расчеты

Взаимосвязь физических и электрических величин (параметров)
Электрическое напряжение В , силы тока 9005 удельное сопротивление R , полное сопротивление Z , мощность и мощность P
Вольт В , ампер A, сопротивление и импеданс Ом Ом и Вт Вт

Номинальный импеданс Z = 4, 8 и 16 Ом (для громкоговорителей ) часто принимается сопротивление Р .
Уравнение (формула) закона Ома: V = I × R и уравнение (формула) степенного закона: P = I × V .
P = мощность, I или J = латиница: приток, международный ампер или интенсивность и R = сопротивление.
В = напряжение, разность электрических потенциалов Δ В или E = электродвижущая сила (ЭДС = напряжение).

Введите любые два известных значения и нажмите «вычислить», чтобы решить для двух других. Пожалуйста, введите только два значения.
Используемый браузер, к сожалению, не поддерживает Javascript.
Программа указана, но фактическая функция отсутствует.


Колесо формул электротехники
В происходит от «напряжения», а E — от «электродвижущей силы (ЭДС)». E означает также энергии , поэтому мы выбираем V .
Энергия = напряжение × заряд. E = V × Q . Некоторым нравится лучше придерживаться E вместо V , так что сделайте это. Для R возьмите Z .
12 самых важных формул:
Напряжение В = I × R = P / I = √ ( P × R ) в вольтах В Ток I = В / R = P / В = √ ( P / R ) в амперах A
Сопротивление R = В / I = P / I 2 = В 2 / P в омах Ом Мощность P = В × I = R × I 2 = В 2 / R в ваттах Вт

См. Также: The Formula Wheel of Acoustics (Audio)

The Big Формулы мощности
Расчет электрической и механической мощности (прочности)

Формула мощности 1 — Уравнение электрической мощности: Мощность P = I × В = R × I 2 = В 2 R
, где мощность P в ваттах, напряжение V в вольтах, а ток I в амперах (постоянный ток).
Если есть переменный ток, посмотрите также на коэффициент мощности PF = cos φ и φ = угол коэффициента мощности
(фазовый угол) между напряжением и силой тока.
Electric Energy — это E = P × t — измеряется в ватт-часах или также в кВтч. 1Дж = 1Н × м = 1Вт × с

Формула мощности 2 — Уравнение механической мощности: Мощность P = E т , где мощность P находится в ватт,
Мощность P = работа / время ( Вт т ). Energy E в джоулях, а время t в секундах. 1 Вт = 1 Дж / с.
Мощность = сила, умноженная на смещение, деленное на время P = F × с / т или
Мощность = сила, умноженная на скорость (скорость) P = F × v.

Неискаженного мощного звука в этих формулах нет. Пожалуйста, берегите уши!
Барабанная перепонка и диафрагмы микрофона действительно двигаются только волнами
. звуковое давление .Это не влияет ни на интенсивность, ни на мощность, ни на энергию.
Если вы занимаетесь звукозаписывающим бизнесом, разумно не особо заботиться об энергии,
мощность и интенсивность, поскольку вызывает , больше заботьтесь об эффекте звукового давления p
и уровень звукового давления в ушах и микрофонах и посмотрите на соответствующий
аудио напряжение В ~ p ; см .: Звуковое давление и звуковая мощность — Последствия и причины
Очень громко звучащие динамики будут иметь большую мощность, но лучше присмотритесь к самому
важно КПД громкоговорителей.Сюда входит типичный вопрос:
Сколько децибел (дБ) на самом деле в два или три раза громче?
Действительно нет мощности RMS. Слова «среднеквадратичная мощность» неверны. Есть расчет
мощности, которая является произведением среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока.
Ватт RMS бессмысленно. Фактически, мы используем этот термин как краткое обозначение мощности в
. ватт рассчитывается на основе измерения среднеквадратичного напряжения. Прочтите здесь:
Почему не существует таких понятий, как «среднеквадратичная ваттность» или «среднеквадратичная мощность», и никогда не было.
Мощность «RMS» — довольно глупый термин, получивший широкое распространение среди аудиолюбителей.
Мощность — это количество энергии, которое преобразуется в единицу времени. Ожидайте, что заплатите больше, когда
требуя более высокой мощности.


Андр-Мари Ампре был французским физиком и математиком.
Его именем названа единица измерения электрического тока в системе СИ — ампер .
Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта был итальянским физиком.
Его именем названа единица измерения электрического напряжения в системе СИ — вольт .
Георг Симон Ом был немецким физиком и математиком.
Его именем названа единица измерения электрического сопротивления СИ Ом .
Джеймс Ватт был шотландским изобретателем и инженером-механиком.
Единица измерения электрической мощности (мощности) в системе СИ, ватт , была названа его именем.



Мощность, как и все величины энергии, является в первую очередь расчетным значением.


Слово «усилитель мощности» используется неправильно, особенно в аудиотехнике.
Напряжение и ток можно усилить. Странный термин «усилитель мощности»
стал пониматься как усилитель, предназначенный для управления нагрузкой
например, громкоговоритель.
Мы называем произведение усиления по току и усилению по напряжению «усилением мощности».



Совет: треугольник электрического напряжения В = I × R (закон Ома VIR)
Введите , два значения , будет рассчитано третье значение. Треугольник мощности P = I × V (степенной закон PIV)
Введите два значения , будет рассчитано третье значение.

С помощью волшебного треугольника можно легко вычислить все формулы. Вы прячетесь с
пальцем значение, которое нужно вычислить. Два других значения показывают, как производить расчет.

Расчеты: Закон Ома — магический треугольник Ома
Измерение входного и выходного сопротивления

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК (AC) ~

В l = линейное напряжение (вольт), V p = фазное напряжение (вольт), I l = линейный ток (амперы), I p = фазный ток ( амперы)
Z = полное сопротивление (Ом), P = мощность (ватты), φ = угол коэффициента мощности, VAR = вольт-амперы (реактивные)

Ток (однофазный): I = P / V p × cos φ Ток (3 фазы): I = P / √3 V l × cos φ или I = P /3 V p × cos φ
Питание (однофазное): P = V p × I p × cos φ Мощность (3 фазы): P = √3 V l × I l × cos φ или P = √3 V p × I p × cos φ
Коэффициент мощности PF = cos φ = R / (R2 + X2) 1/2 , φ = угол коэффициента мощности.Для чисто резистивной схемы PF = 1 (идеально).
Полная мощность S рассчитывается по Пифагору, активная мощность P и реактивная мощность Q . S = √ ( P 2 + Q 2 )
Формулы питания постоянного тока
Напряжение В, дюймов (В) расчет из тока I дюймов (А) и сопротивления R дюймов (Ом):
В (В) = I (А) × R (Ом)
Мощность P, дюймов (Вт), рассчитанная исходя из напряжения В, дюймов (В) и тока I дюймов (А):
P (Вт) = В (В) × I. (A) = V 2 (V) / R (Ω) = I 2 (A) R (Ω)

Формулы питания переменного тока
Напряжение В, в вольтах (В) равно току I в амперах (А), умноженному на импеданс Z в омах (Ом):
В (В) = I ( A) Z ((Ом) = (| I | × | Z |) и ( θ I + θ Z )
Полная мощность S в вольт-амперах (ВА) равна напряжению В в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (А):
S (ВА) = В (V) I (A) = (| V | × | I |) и ( θ V θ I )
Реальная мощность P в ваттах (Вт) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I в амперах (A), умноженному на
. коэффициент мощности (cos φ ):
P (Вт) = V (V) × I (A) × cos φ
Реактивная мощность Q в вольт-амперах, реактивная (VAR) равна напряжению V в вольтах (В), умноженному на ток I
в амперах (A) на синус комплексного фазового угла мощности ( φ ):
Q (VAR) = V (V) × I (A) × sin φ
Коэффициент мощности (FP) равен абсолютному значению косинуса комплексного фазового угла мощности ( φ ):
PF = | cos φ |

Фактический коэффициент мощности, а не обычный коэффициент смещаемой мощности 50/60 Гц

Определения электрических измерений
Кол. Акций Имя Определение
частота f герц (Гц) 1 / с
усилие F ньютон (Н) кг · м / с²
давление p паскаль (Па) = Н / м² кг / м · с²
энергия E рабочий джоуль (Дж) = N · м кг · м² / с²
мощность P Вт (Вт) = Дж / с кг · м² / с³
электрический заряд Q кулонов (Кл) = A · с А · с
напряжение В вольт (В) = Вт / д кг · м² / A · с³
ток I ампер (А) = Q / s A
емкость C фарад (Ф) = C / V = ​​A · с / В = с / Ом · с 4 / кг ·
индуктивность L генри (H) = Wb / A = V · s / A кг · м² / A² · с²
сопротивление R Ом (Ом) = В / А кг · м²A² · с³
проводимость G сименс (S) = A / V · s³ / кг ·
магнитный поток Φ Вебер (Wb) = V · с кг · м² / A · с²
плотность потока B тесла (T) = Вт / м² = V · с / м² кг / А · с²

Поток электрического заряда Q упоминается как электрический ток I. Размер начисления за единицу времени
изменение электрического тока. Ток протекает с постоянной величиной I. за время t , он переносит
заряд Q = I × t . Для временно постоянной мощности соотношение между зарядом и током:
I = Q / t или Q = I × t. Благодаря этой взаимосвязи, основные единицы усилителя и второй кулон в
Установлена ​​Международная система единиц.Кулоновскую единицу можно представить как 1 C = 1 A × s.
Заряд Q , (единица измерения в ампер-часах Ач), ток разряда I , (единица измерения в амперах A), время t , (единица измерения часов h).

В акустике имеется « Акустический эквивалент закона Ома »

Соотношение акустических размеров, связанных с плоскими прогрессивными звуковыми волнами

Преобразование многих единиц, таких как мощность и энергия

префиксы | длина | площадь | объем | вес | давление | температура | время | энергия | мощность | плотность | скорость | ускорение | сила

[к началу страницы]

Power (Физика): Определение, Формула, Единицы, Как найти (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г. лестничный пролет, но вряд ли они справятся с задачей за то же время.Бодибилдер, вероятно, будет быстрее, потому что у нее мощность выше, чем у пятиклассника.

Точно так же гоночный автомобиль с высокой мощностью лошадиных сил сможет проехать дальше намного быстрее, чем лошадь.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Мощность — это мера того, сколько работы выполнено за интервал времени.

Краткое замечание о лошадиных силах: этот термин предназначен для сравнения мощности парового двигателя с мощностью лошади, так как двигатель мощностью 700 лошадиных сил может выполнять примерно в 700 раз больше работы, чем одна лошадь.Это восходит к тому времени, когда паровые двигатели были новыми, и один из самых выдающихся изобретателей, работавших над повышением их эффективности, Джеймс Ватт, придумал этот термин как способ убедить среднего человека в их ценности.

Формулы для мощности

В зависимости от доступной информации есть два способа расчета мощности. Кроме того, есть две единицы мощности, которые одинаково действительны.

1. Мощность с точки зрения работы и времени:

P = \ frac {W} {t}

Где работа Вт измеряется в Ньютон-метрах (Нм), а время t измеряется в секундах (с).

2. Мощность в единицах силы и скорости:

P = Fv

Где сила F выражается в Ньютонах (Н), а скорость v выражается в метрах в секунду (м / с). .

Эти уравнения не эквивалентны случайным образом. Второе уравнение может быть получено из первого следующим образом:

Обратите внимание, что работа совпадает с сила, умноженная на смещение:

W = Fd

Подставьте это в первое уравнение мощности:

Затем, поскольку смещение в любую единицу времени равно скорости (v = d / t), перепишите члены в конце как v , чтобы получить второе уравнение мощности.

Единицы мощности

Единицы мощности в системе СИ p обычно представлены как Вт (Вт) , названные в честь того же Джеймса Ватта, который проектировал двигатели и сравнивал их с лошадьми. На бирках лампочек и других бытовых приборов этот блок обычно указывается.

Однако рассмотрение второй формулы мощности приводит к другой единице. Сила, умноженная на скорость, дает измерение в единицах ньютон-метров в секунду (Нм / с). Затем, поскольку единица энергии Джоуль также определяется как один Ньютон-метр (Нм), первую часть этой величины можно вместо этого переписать как Джоуль, в результате чего получится вторая единица мощности СИ: Джоулей в секунду (Дж. / с).

Как стать могущественным

Рассмотрение определения силы и двух способов ее поиска дает несколько способов увеличить силу чего-либо : увеличить его силу (использовать больше силы ) или получить та же работа выполняется быстрее (уменьшение т или увеличение против ). Мощная машина — это сильная и быстрая , а слабая — ни то, ни другое. более легко и быстро может работать , более мощный — объект, выполняющий работу.

Это также означает, что очень сильная машина, скажем, очень мускулистый бодибилдер, может все еще испытывать недостаток в мощности . Человек, который может поднять очень тяжелый груз, но только очень медленно, менее силен, чем тот, кто может поднять его быстро.

Точно так же очень быстрая машина или человек, который мало что делает, кто-то быстро крутится на месте, но ни к чему не приходит, на самом деле не является мощным.

Пример расчета мощности

1. Усэйн Болт выработал мощность около 25 Вт в своем рекордном спринте на 100 м, который занял 9.58 секунд. Сколько работы он проделал?

Поскольку даны P и t , а W неизвестно, используйте первое уравнение:

P = \ frac {W} {t} \ подразумевает 25 = \ frac { W} {9.58} \ подразумевает W = 239.5 \ text {Nm}

2. С какой средней силой он давил на землю во время бега?

Так как работа в Нм уже известна, как и рабочий объем в метрах, деление на длину гонки даст силы (иными словами, работа то же самое, что сила, умноженная на смещение: W = F × d):

\ frac {239.5} {100} = 2.395 \ text {N}

3. Какую мощность вырабатывает человек весом 48 кг, который тратит 6 секунд на подъем по 3-метровой лестнице?

В этой задаче указаны смещение и время, что позволяет быстро вычислить скорость:

v = \ frac {d} {t} = \ frac {3} {6} = 0,5 \ text {м / с}

Второе уравнение мощности содержит скорость, но также включает силу. Человек, поднимающийся по лестнице, пытается противостоять силе тяжести. Итак, силу в этом случае можно найти, используя их массу и ускорение свободного падения, которое на Земле всегда равно 9.8 м / с 2 .

F_ {grav} = mg = 48 \ times 9,8 = 470,4 \ text {N}

Теперь сила и скорость укладываются во вторую формулу мощности:

= Fv = 470,4 \ times 0,5 = 235,2 \ text {J / s}

Обратите внимание, что решение оставить здесь единицы измерения Дж / с, а не Вт, является произвольным. Столь же приемлемый ответ — 235,2 Вт.

4. Одна лошадиная сила в единицах СИ составляет около 746 Вт, что основано на нагрузке, которую пригодная лошадь могла бы выдержать в течение одной минуты. Сколько работы проделала лошадь-пример за это время?

Единственный шаг перед включением значений мощности и времени в первое уравнение — убедиться, что время указывается в правильных единицах СИ — секундах, переписав одну минуту как 60 секунд.Тогда:

P = \ frac {W} {t} \ подразумевает 746 = \ frac {W} {60} \ implies W = 44,670 \ text {Nm}

Киловатт и электричество

Многие коммунальные предприятия взимают плату с клиентов. плата основана на их киловатт-часах использования. Чтобы понять значение этой общей единицы электроэнергии, начните с разбивки единиц.

Префикс килограмм означает 1000, поэтому киловатт (кВт) равен 1000 ватт. Таким образом, киловатт-час (кВтч) — это количество киловатт, используемое за один час времени.

Для подсчета киловатт-часов умножьте количество киловатт на использованные часы. Таким образом, если кто-то использует 100-ваттную лампочку в течение 10 часов, он в общей сложности израсходует 1000 ватт-часов или 1 кВт-ч электроэнергии.

Киловатт-час Примеры проблем

1. Электроэнергетика взимает 0,12 доллара за киловатт-час. Очень мощный вакуум 3000 Вт используется в течение 30 минут. Сколько стоит это количество энергии домовладельцам?

3 \ text {кВт} \ times 0.5 \ text {h} = 1,5 \ text {кВтч} \ text {и} 1,5 \ text {кВтч} \ times 0,12 \ text {долларов / кВтч} = \ 0,18 доллара США

2. Та же коммунальная компания кредитует домашнему хозяйству 10 долларов на оплату каждые 4 кВтч электроэнергии возвращается в сеть. Солнце дает около 1000 Вт мощности на квадратный метр. Если солнечный элемент площадью два квадратных метра в доме собирает энергию в течение 8 часов, сколько денег он приносит?

Учитывая информацию в задаче, солнечный элемент должен быть способен собирать 2 000 Вт от Солнца или 2 кВт. За 8 часов это 16 кВтч.

\ frac {\ $ 10} {4 \ text {kWh}} \ times 16 \ text {kWh} = \ $ 40

Калькулятор импульсов и импульсов

Этот калькулятор импульсов и импульсов поможет вам проанализировать любой движущийся объект. Вы узнаете, как рассчитать импульс тремя способами:

  • зная изменение скорости тела,
  • зная время, в которое сила действует на это тело, и
  • просто от изменения импульса.

Продолжайте читать, чтобы узнать уравнение импульса, и больше никогда не беспокойтесь о вычислении импульса!

Формула импульса

Импульс p — векторное значение, определяемое как произведение массы м и скорости v объекта:

p = mv

Изменение количества движения тела называется импульсом Дж :

Дж = Δp = p₂ - p₁ = mv₂ - mv₁ = mΔv

Дельта (Δ) — это символ, означающий «изменение».Например, в то время как p представляет собой мгновенный импульс, Δp отображает изменение количества движения, которое произошло за некоторый период времени.

Зайдите в калькулятор сохранения импульса, чтобы узнать о практических применениях импульса.

Уравнение импульса

Импульс тела — это произведение времени t и силы F , действующей на это тело:

Дж = форинтов

Единицы импульса и количества движения — ньютон-секунды (обозначение: Н · с), выраженные как кг · м / с. в единицах СИ.

Проверьте, можете ли вы вывести приведенное выше уравнение импульса из формулы Дж = mΔv . Подсказка: вам придется использовать определение ускорения и второй закон Ньютона.

Как рассчитать импульс

  1. Вы можете ввести значения начального и конечного импульса в наш калькулятор, чтобы найти импульс непосредственно из формулы импульса J = Δp .
  2. Вы также можете ввести значения мсек. с и изменения скорости объекта, чтобы вычислить импульс по уравнению J = mΔv .
  3. Если вам известна сила, действующая на объект, введите вместо этого значения force и time change . В нашем калькуляторе импульса и импульса используется формула Дж = форинтов.

Понятие импульса связано с кинетической энергией — обязательно прочтите об этом!

Сохранение импульса — Импульс и силы — GCSE Physics (Single Science) Revision — Other

Расчет импульса

Вот рабочий пример:

Два железнодорожных вагона сталкиваются и вместе уезжают.Каретка A имеет массу 12 000 кг и перед столкновением движется со скоростью 5 м / с. Каретка B имеет массу 8000 кг и до столкновения неподвижна. Какова скорость двух вагонов после столкновения?

Шаг 1

Определите общий импульс перед событием (до столкновения):

p = m × v

Импульс каретки A до = 12000 × 5 = 60000 кг м / с

Импульс каретки B before = 8000 × 0 = 0 кг м / с

Общий импульс до = 60000 + 0 = 60000 кг м / с

Шаг 2

Рассчитайте общий импульс после события (после столкновения):

Поскольку импульс сохраняется, общий импульс после этого = 60000 кг м / с

Шаг 3

Определите общую массу после события (после столкновения):

Общая масса = масса каретки A + масса каретки B = 12000 + 8000 = 20000 кг

Шаг 4

Определите новую скорость:

p = m × v, но мы можем изменить это уравнение так, чтобы v = p ÷ m

Скорость (после столкновения) = 60,000 ÷ 20,000 = 3 м / с

Посмотрите этот иллюстрированный подкаст об импульсе, чтобы получить краткую информацию о том, как связаны импульс и движение:

Мощность с рабочим калькулятором — физика калькулятора мощности (p = w / t)

Формула

Формула мощности, работы и времени можно получить друг от друга как:

Мощность:
P = W / T

Работа:
W = P * T

Время:
T = W / P

Где,
P = мощность,
Вт = работа,
T = время.

Калькулятор времени и работы использует все вышеперечисленные формулы для расчета мощности, времени и работы.

Калькулятор времени работы с мощностью упрощает взаимосвязь между мощностью, работой и временем, обеспечивая вычисления всех трех величин в одном пространстве. Эта работа и калькулятор мощности находит значение

Мы объясним определение мощности, как найти время с мощностью и работать без использования физического калькулятора мощности , и как использовать физический калькулятор формулы мощности .


Что такое мощность?

Мощность — это скорость выполнения работы или передачи энергии. Короче говоря, мощность — это производная от работы по времени. Единица измерения мощности в системе СИ — ватт Вт или Джоуль в секунду Дж / с.

На следующем рисунке показана взаимосвязь между работой, мощностью и временем.


Как найти силы на работу и время?

Найти власть без использования онлайн-ресурса с рабочим калькулятором не так уж и сложно.Чтобы рассчитать время, мощность или работу, выполните следующие действия.

Пример:
Рассчитайте мощность, необходимую для выполнения работы 25 Дж за 30 секунд.

Решение:

Шаг 1: Определите и запишите значения.

Работа (Вт) = 25 Дж
Время (T) = 30 с

Шаг 2: Применить формулу

Мощность = Работа / время (P = W / T)
P = 25 / 30
P = 0.83 Вт
Мощность (P) = 0,83 Вт

Проверьте результат с помощью калькулятора рабочей мощности и энергии выше.

8.1 Линейный импульс, сила и импульс — Физика

Задачи обучения секции

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Опишите импульс, то, что может изменить импульс, импульс и теорему об импульсе-импульсе
  • Опишите второй закон Ньютона с точки зрения количества движения
  • Решение задач с помощью теоремы об импульсе-импульсе

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

  • (6) Научные концепции.Учащийся знает, что в физической системе происходят изменения, и применяет законы сохранения энергии и количества движения. Ожидается, что студент:
    • (C) вычислить механическую энергию, мощность, генерируемую внутри, импульс, приложенный к, и импульс физической системы.

Раздел Ключевые термины

изменение импульса импульс теорема об импульсе-импульсе Импульс

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] Просмотрите инерцию и законы движения Ньютона.

[AL] Начать обсуждение движения и столкновения. На примере футболистов укажите, что и масса, и скорость объекта являются важными факторами при определении воздействия столкновений. Направление, а также величина скорости очень важны.

Импульс, импульс и теорема импульс-импульс

Линейный импульс — это произведение массы системы на ее скорость. В форме уравнения импульс движения p равен

.

Из уравнения видно, что импульс прямо пропорционален массе объекта ( м ) и скорости ( v ).Следовательно, чем больше масса объекта или чем больше его скорость, тем больше его импульс. Большой, быстро движущийся объект имеет больший импульс, чем более мелкий и медленный объект.

Импульс является вектором и имеет то же направление, что и скорость v . Поскольку масса является скаляром, когда скорость имеет отрицательное направление (т. Е. Противоположно направлению движения), импульс также будет иметь отрицательное направление; и когда скорость в положительном направлении, импульс также будет в положительном направлении.В системе СИ для количества движения используется кг м / с.

Импульс настолько важен для понимания движения, что физики, такие как Ньютон, назвали его величиной движения . Сила влияет на импульс, и мы можем изменить второй закон движения Ньютона, чтобы показать взаимосвязь между силой и импульсом.

Вспомните наше исследование второго закона движения Ньютона ( F net = м a ). Ньютон фактически сформулировал свой второй закон движения в терминах количества движения: чистая внешняя сила равна изменению количества движения системы, деленному на время, в течение которого он изменяется.Изменение импульса — это разница между конечным и начальным значениями импульса.

В форме уравнения этот закон имеет вид

где F net — чистая внешняя сила, ΔpΔp — изменение количества движения, а ΔtΔt — изменение во времени.

Мы можем найти ΔpΔp, переписав уравнение

будет

FnetΔtFnetΔt известен как импульс, и это уравнение известно как теорема импульс-импульс. Из уравнения мы видим, что импульс равен средней чистой внешней силе, умноженной на время ее действия.Это равно изменению импульса. Действие силы на объект зависит от того, как долго он действует, а также от силы силы. Импульс — полезное понятие, поскольку оно позволяет количественно оценить влияние силы. Очень большая сила, действующая в течение короткого времени, может иметь большое влияние на импульс объекта, например, сила удара ракетки по теннисному мячу. Небольшая сила может вызвать такое же изменение импульса, но действовать ей придется гораздо дольше.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[OL] [AL] Объясните: большой, быстро движущийся объект имеет больший импульс, чем меньший и более медленный объект.Это качество называется импульсом.

[BL] [OL] Просмотрите уравнение второго закона движения Ньютона. Укажите на два разных уравнения закона.

Второй закон Ньютона в терминах количества движения

Когда второй закон Ньютона выражается в единицах количества движения, его можно использовать для решения задач, в которых масса изменяется, поскольку Δp = Δ (mv) Δp = Δ (mv). В более традиционной форме закона, с которым вы привыкли работать, масса считается постоянной. Фактически, эта традиционная форма является частным случаем закона, в котором масса постоянна.Fnet = maFnet = ma фактически получается из уравнения:

Чтобы понять взаимосвязь между вторым законом Ньютона в его двух формах, давайте воссоздадим вывод Fnet = maFnet = ma из

.

, заменив определения ускорения и импульса.

Изменение количества движения ΔpΔp определяется как

Если масса системы постоянная, то

При замене ΔpΔp mΔvmΔv второй закон движения Ньютона становится

Fnet = ΔpΔt = mΔvΔtFnet = ΔpΔt = mΔvΔt

для постоянной массы.

Потому что

мы можем заменить, чтобы получить знакомое уравнение

, когда масса системы постоянна.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Покажите две разные формы второго закона Ньютона и то, как одну можно вывести из другой.

Советы для успеха

Мы только что показали, как Fnet = maFnet = ma применяется только тогда, когда масса системы постоянна. Примером, когда эта формула неприменима, может быть движущаяся ракета, которая сжигает достаточно топлива, чтобы значительно изменить массу ракеты.В этом случае вам нужно будет использовать второй закон Ньютона, выраженный в единицах количества движения, чтобы учесть изменение массы.

Snap Lab

Движение рук и импульс

В этом упражнении вы будете экспериментировать с различными типами движений рук, чтобы получить интуитивное понимание взаимосвязи между силой, временем и импульсом.

  • один мяч
  • одна ванна с водой

Процедура:

  1. Попробуйте поймать мяч, пока дает мячом, подтягивая руки к себе.
  2. Затем попробуйте поймать мяч, не двигая руками.
  3. Лить воду в ванну полной ладонью. Ваша полная ладонь изображает пловца, который делает шлепок животом.
  4. После того, как вода осядет, снова ударьте по воде, погрузив руку в воду сначала пальцами. Ваша рука для ныряния изображает ныряющего пловца.
  5. Объясните, что происходит в каждом случае и почему.

Проверка захвата

Какие еще примеры движений, на которые влияет импульс?

  1. столкновение футболиста с другим игроком или автомобиль, движущийся с постоянной скоростью
  2. Автомобиль, движущийся с постоянной скоростью, или объект, движущийся снарядом
  3. Автомобиль, движущийся с постоянной скоростью, или ракетка, ударяющая по мячу
  4. столкновение футболиста с другим игроком или удар ракеткой по мячу

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[OL] [AL] Обсудите удар, который ощущается при падении или прыжке.Перечислите факторы, влияющие на это влияние.

Ссылки на физику

Инженерное дело: спасение жизней с помощью концепции импульса

Автомобили за последние несколько десятилетий стали намного безопаснее. Ремни безопасности играют важную роль в обеспечении безопасности автомобиля, предотвращая попадание людей в лобовое стекло в случае аварии. Другие функции безопасности, такие как подушки безопасности, менее заметны или очевидны, но они также эффективны для снижения смертельных исходов при автокатастрофах (см. Рис. 8.2). Многие из этих функций безопасности используют концепцию импульса из физики.Напомним, что импульс — это чистая сила, умноженная на продолжительность удара. Математически это выражалось как Δp = FnetΔtΔp = FnetΔt.

Рис. 8.2 На автомобилях установлены такие устройства безопасности, как подушки безопасности и ремни безопасности.

Подушки безопасности

позволяют действующей силе на пассажиров в автомобиле действовать в течение гораздо более длительного времени при внезапной остановке. Изменение импульса для пассажира одинаково независимо от того, сработала подушка безопасности или нет. Но сила, заставляющая человека остановиться, будет намного меньше, если она будет действовать в течение большего времени.Изменив уравнение для импульса, чтобы найти силу Fnet = ΔpΔt, Fnet = ΔpΔt, вы можете увидеть, как увеличение ΔtΔt при неизменном ΔpΔp приведет к уменьшению F net . Это еще один пример обратной зависимости. Точно так же мягкая приборная панель увеличивает время действия силы удара, тем самым уменьшая силу удара.

Сегодня автомобили состоят из множества пластиковых компонентов. Одним из преимуществ пластмасс является их меньший вес, что приводит к лучшему расходу топлива.Еще одно преимущество заключается в том, что автомобиль может смяться при столкновении, особенно в случае лобового столкновения. Более длительное время столкновения означает, что сила, действующая на пассажиров в автомобиле, будет меньше. Смертность во время автомобильных гонок резко снизилась, когда жесткие рамы гоночных автомобилей были заменены деталями, которые могли смяться или разрушиться в случае аварии.

Проверка захвата

Возможно, вы слышали совет сгибать колени при прыжках. В этом примере друг предлагает вам спрыгнуть со скамейки в парке на землю, не сгибая колен.Вы, конечно, отказываетесь. Объясните другу, почему это было бы глупо. Покажите это с помощью теоремы об импульсе-импульсе.

  1. Сгибание колен увеличивает время удара, тем самым уменьшая силу.
  2. Сгибание коленей сокращает время удара, тем самым уменьшая силу.
  3. Сгибание колен увеличивает время удара, увеличивая силу.
  4. Сгибание колен сокращает время удара, увеличивая, таким образом, силу.

Решение задач с использованием теоремы об импульсе

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Расскажите о различных стратегиях, которые следует использовать при решении задач. Убедитесь, что учащиеся знают допущения, сделанные в каждом уравнении относительно того, что определенные величины являются постоянными или некоторые величины пренебрежимо малы.

Рабочий пример

Расчет импульса: футболист и футбол

(a) Рассчитайте импульс футболиста массой 110 кг, бегущего со скоростью 8 м / с.(b) Сравните импульс игрока с импульсом футбольного мяча весом 0,410 кг, брошенного со скоростью 25 м / с.

Стратегия

Нет информации о направлении футболиста или футбольного мяча, поэтому мы можем вычислить только величину импульса, p . (Курсивом обозначена величина.) В обеих частях этого примера величину импульса можно вычислить непосредственно из определения импульса:

Решение для (a)

Чтобы найти импульс игрока, подставьте известные значения массы и скорости игрока в уравнение.

pplayer = (110 кг) (8 м / с) = 880 кг⋅м / сpplayer = (110 кг) (8 м / с) = 880 кг⋅м / с

Решение для (b)

Чтобы найти импульс мяча, подставьте известные значения массы и скорости мяча в уравнение.

мяч = (0,410 кг) (25 м / с) = 10,25 кг⋅м / мяч = (0,410 кг) (25 м / с) = 10,25 кг⋅м / с

Отношение количества движения игрока к импульсу мяча составляет

pplayerpball = 88010.3 = 85.9. pplayerpball = 88010.3 = 85.9.

Обсуждение

Хотя мяч имеет большую скорость, игрок имеет гораздо большую массу.Следовательно, импульс игрока примерно в 86 раз больше, чем импульс футбола.

Рабочий пример

Расчетное усилие: ракетка Винус Уильямс

Во время Открытого чемпионата Франции 2007 года Винус Уильямс (рис. 8.3) показала самую быструю подачу в матче лучших женщин, достигнув скорости 58 м / с (209 км / ч). Какая средняя сила была приложена к теннисному мячу весом 0,057 кг ракеткой Williams? Предположим, что скорость мяча сразу после удара составляла 58 м / с, горизонтальная скорость до удара незначительна и что мяч оставался в контакте с ракеткой в ​​течение 5 мс (миллисекунд).

Рис. 8.3. Винус Уильямс играет на US Open 2013 (Эдвин Мартинес, Flickr)

Стратегия

Напомним, что второй закон Ньютона, выраженный в единицах количества движения, равен

Как отмечалось выше, когда масса постоянна, изменение количества движения определяется выражением

Δp = mΔv = m (vf − vi), Δp = mΔv = m (vf − vi),

, где v f — конечная скорость, а v i — начальная скорость. В этом примере даны скорость сразу после удара и изменение во времени, поэтому после решения для ΔpΔp мы можем использовать Fnet = ΔpΔtFnet = ΔpΔt, чтобы найти силу.

Решение

Чтобы определить изменение количества движения, подставьте значения массы, начальной и конечной скоростей в приведенное выше уравнение.

Δp = m (vf − vi) = (0,057 кг) (58 м / с — 0 м / с) = 3,306 кг · м / с ≈ 3,3 кг · м / с Δp = m (vf − vi) = (0,057 кг) (58 м / с — 0 м / с) = 3,306 кг · м / с ≈ 3,3 кг · м / с

8,1

Теперь мы можем найти величину чистой внешней силы, используя Fnet = ΔpΔtFnet = ΔpΔt

Fnet = ΔpΔt = 3,3065 × 10−3 = 661 N≈660 Н.Fnet = ΔpΔt = 3,3065 × 10−3 = 661 N≈660 Н.

8,2

Обсуждение

Это величина была средней силой, прилагаемой ракеткой Винус Уильямс к теннисному мячу во время его кратковременного удара. Эту проблему также можно решить, сначала найдя ускорение, а затем используя F net = м a , но нам пришлось бы сделать еще один шаг. В данном случае использование импульса было сокращением.

Практические задачи

1.

Каков импульс шара для боулинга с массой 5 ​​\, \ text {кг} и скоростью 10 \, \ text {м / с}?

  1. 0.5 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  2. 2 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  3. 15 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  4. 50 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
2.

Каким будет изменение количества движения, вызванное чистой силой 120 \, \ text {N}, действующей на объект в течение 2 секунд?

  1. 60 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  2. 118 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  3. 122 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}
  4. 240 \, \ text {kg} \ cdot \ text {m / s}

Проверьте свое понимание

3.

Что такое импульс?

  1. сумма массы системы и ее скорости
  2. отношение массы системы к ее скорости
  3. произведение массы системы на ее скорость
  4. произведение момента инерции системы на ее скорость
4.

Если масса объекта постоянна, каков его импульс?

  1. Его скорость
  2. Его вес
  3. Его водоизмещение
  4. Его момент инерции
5.

Каково уравнение второго закона движения Ньютона в терминах массы, скорости и времени, когда масса системы постоянна?

  1. Fnet = ΔvΔmΔtFnet = ΔvΔmΔt
  2. Fnet = mΔtΔvFnet = mΔtΔv
  3. Fnet = mΔvΔtFnet = mΔvΔt
  4. Fnet = ΔmΔvΔtFnet = ΔmΔvΔt
6.

Приведите пример системы, масса которой непостоянна.

  1. Волчок
  2. Бейсбольный мяч, летящий по воздуху
  3. Ракета, запущенная с Земли
  4. Блок, скользящий по наклонной плоскости без трения

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Используйте вопросы «Проверьте свое понимание», чтобы оценить, усвоили ли учащиеся учебные цели этого раздела.Если учащимся не удается решить конкретную задачу, оценка поможет определить, какая цель вызывает проблему, и направит учащихся к соответствующему содержанию.

Определение силы в физике

Мощность — это скорость выполнения работы или передачи энергии за единицу времени. Мощность увеличивается, если работа выполняется быстрее или энергия передается за меньшее время.

Расчетная мощность

Уравнение для мощности P = W / t

  • P означает мощность (в ваттах)
  • W означает объем выполненной работы (в джоулях) или затраченную энергию (в джоулях)
  • t означает количество времени (в секундах)

С точки зрения математики, мощность — это производная работы по времени.Если работа выполняется быстрее, мощность выше. Если работа выполняется медленнее, мощность меньше.

Поскольку работа — это сила, умноженная на смещение (W = F * d), а скорость — это смещение во времени (v = d / t), мощность равна силе, умноженной на скорость: P = F * v. Большая мощность видна, когда система является одновременно мощной и быстрой по скорости.

Ед. Мощности

Мощность измеряется в энергии (джоулях), деленной на время. Единица измерения мощности в системе СИ — ватт (Вт) или джоуль в секунду (Дж / с). Мощность — это скалярная величина, у нее нет направления.

Лошадиная сила часто используется для описания мощности, выдаваемой машиной. Лошадиная сила — это единица мощности в британской системе измерения. Это мощность, необходимая для подъема 550 фунтов на один фут за одну секунду, и составляет около 746 Вт.

Ватт часто используется по отношению к лампочкам. В этом номинальном значении мощности это скорость, с которой лампа преобразует электрическую энергию в свет и тепло. Лампа с большей мощностью потребляет больше электроэнергии в единицу времени.

Если вы знаете мощность системы, вы можете найти объем работы, который будет произведен, как W = Pt.Если лампа имеет номинальную мощность 50 Вт, она будет производить 50 джоулей в секунду. За час (3600 секунд) он произведет 180 000 джоулей.

Работа и сила

Когда вы проходите милю, ваша движущая сила перемещает ваше тело, что измеряется по мере выполнения работы. Когда вы пробегаете одну и ту же милю, вы выполняете тот же объем работы, но за меньшее время. Бегун имеет более высокую номинальную мощность, чем ходок, вырабатывая больше ватт. Автомобиль мощностью 80 лошадиных сил может развивать более быстрое ускорение, чем автомобиль мощностью 40 лошадиных сил.В конце концов, обе машины разгоняются до 60 миль в час, но двигатель мощностью 80 л.с. может развивать эту скорость быстрее.

В гонке между черепахой и зайцем заяц обладал большей мощностью и ускорялся быстрее, но черепаха выполняла ту же работу и преодолевала то же расстояние за гораздо большее время. Черепаха показала меньшую мощь.

Средняя мощность

Обсуждая мощность, люди обычно имеют в виду среднюю мощность, P avg . Это объем работы, выполненной за период времени (ΔW / Δt), или количество энергии, переданной за период времени (ΔE / Δt).

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.