القدرة
| English | العربية |
|---|---|
| power/ˈpaʊə/ | قدرة |
| watts/wɒts/ | وات |
| average power/ˈævrɪdʒ ˈpaʊə/ | الطاقة المتوسطة |
| instantaneous power/ˌɪnstənˈteɪnɪəs ˈpaʊə/ | الطاقة اللحظية |
نفس العمل، لكن بسرعة كيف؟
- رافعتان ترفعان نفس الحمل إلى نفس السقف -- إحداهما في عشرة ثوانٍ، والأخرى في ثانية واحدة.
- اللتان تقومان بـ نفس العمل، لكن البطيئة منها أقل قوةً بكثير.
- القدرة ليست عن كمية الطاقة، بل عن سرعة توصيلها.
- هذا هو الفرق بين الدراجة النارية الصغيرة والسيارة الرياضية.
القدرة
- القدرة هي معدل انجام العمل:
- تقاس بـ واط -- الواط الواحد هو جول واحد لكل ثانية.
- نفس العمل في وقت أقل يعني قدرة أكبر.
آلة تقوم بـ $600\ \text{J}$ من الشغل في زمن $3\ \text{s}$. ما قدرتها المتوسطة (بالواط)؟
$P = W/t = 600/3 = 200\ \text{W}$.
وحدة القياس الدولية للقدرة هي ____, مساوية لجول واحد لكل ثانية.
واط واحد = جول واحد لكل ثانية.
محرك أقوى يقوم بنفس $4900\ \text{J}$ من الشغل في وقت $2\ \text{s}$ فقط. ما قدرته المتوسطة (بالواط)؟
$P = 4900/2 = 2450\ \text{W}$ -- نفس الشغل، وقت أقل، لذا قدرة أكبر.
المتوسط مقابل الفوري
- القدرة المتوسطة هي العمل الكلي مقسوماً على الزمن الكلي.
- القدرة الفورية هي المعدل عند لحظة معينة بدقة.
- عندما تتغير القوة أو السرعة، يمكن أن يكون هناك فرق كبير بينهما.
محرك سيارة يدفع بقوة $500\ \text{N}$ بينما تتحرك السيارة بسرعة $20\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$. القدرة اللحظية (بالواط)؟
$P = Fv = 500 \times 20 = 10{,}000\ \text{W}$ (10 kW).
حدد جميع الطرق لزيادة القدرة التي تقدمها قوة ما.
$P = Fv$، لذا فإن زيادة القوة أو السرعة ترفع القدرة. توزيع الشغل على وقت أطول يخفض القدرة.
القدرة من القوة والسرعة
- عند أي لحظة، القدرة تساوي القوة مضروبة في السرعة:
- ادفع بقوة أو تحرك أسرع وستقدم قدرة أكبر.
- لهذا السبب تحتاج السيارات إلى قدرة محرك أكبر عند السرعات العالية للتغلب على مقاومة الهواء.
القدرة المنقولة
عند قوة ثابتة، تكون القدرة المنقولة متناسبة مع السرعة.
محرك أكثر قدرة يقوم دائمًا بمجموع شغل أكبر من محرك أضعف.
القدرة هي معدل. يمكن لمحركين أن يؤديا نفس مجموع الشغل؛ المحرك الأكثر قدرة ينتهي فقط بشكل أسرع.
الوحدات والإحساس اليومي
- واط واحد = جول واحد لكل ثانية؛ كيلو واط هو 1000 منها.
- مصباح كهربائي يتراوح بين عشرات الواط؛ محرك السيارة يتراوح بين عشرات الآلاف.
- فاتورة الكهرباء تشحنك مقابل الطاقة (كيلو واط-ساعة)، وهي القدرة مضروبة في الزمن.
رافعة ترفع حمولة $50\ \text{kg}$ مسافة $10\ \text{m}$ في زمن $5\ \text{s}$ (بسرعة $g = 9.8$).
- العمل: $W = mgh = 50 \times 9.8 \times 10 = 4900\ \text{J}$.
- القدرة المتوسطة: $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{4900}{5} = 980\ \text{W}$.
قدرة أكبر لا تعني عملاً أكثر أو طاقة أكثر -- بل تعني نفس العمل تم تقديمه بسرعة. محرك قوي ومحرك ضعيف يمكنهما إنجاز نفس العمل الكلي تماماً؛ القوي منه ينتهي فقط في وقت أقصر.
القدرة $P = dW/dt$ هي مقدار سرعة إنجاز العمل، وتُقاس بـ واط (جول/ثانية). القدرة المتوسطة تقسم العمل الكلي على الزمن الكلي؛ القدرة الفورية هي $\vec{F}\cdot\vec{v}$ عند لحظة معينة. نفس العمل في وقت أقل = قدرة أكبر -- القدرة معدل، وليست كمية.