הספק
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| power/ˈpaʊə/ | הספק |
| watts/wɒts/ | וואט |
| average power/ˈævrɪdʒ ˈpaʊə/ | הספק ממוצע |
| instantaneous power/ˌɪnstənˈteɪnɪəs ˈpaʊə/ | הספק רגעי |
אותו עבודה, אבל כמה מהר?
- שני מנופי הרמה מטבילים את אותו משא ל同一个 הגג – אחד בתוך עשר שניות, השני בתוך שניה אחת.
- הם מבצעים את אותה עבודה, אך זה שאינו מהיר יותר הוא הרבה יותר עוצמני.
- עוצמה אינה עניין בכמות האנרגיה, אלא בכמה מהר את מספקת אותה.
- זה ההבדל בין קטנוע למכונית ספורט.
הספק
- עוצמה היא הקצב של ביצוע עבודה:
- נמדדת בוואטים – וואט אחד הוא ג'ול אחד לשנייה.
- אותו עבודה בזמן פחות משמעו עוצמה גדולה יותר.
מכונה מבצעת $600\ \text{J}$ עבודה בזמן $3\ \text{s}$. מהו ההספק הממוצע שלה (בוואט)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$P = W/t = 600/3 = 200\ \text{W}$.
יחידת ה-SI להספק היא ____, השווה ליחידה אחת של ז'אול לשנייה.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
וואט אחד = ז'אול אחד לשנייה.
מנוע חזק יותר מבצע את אותה $4900\ \text{J}$ עבודה בזמן של רק $2\ \text{s}$. מהו ההספק הממוצע שלו (בוואט)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$P = 4900/2 = 2450\ \text{W}$ -- אותה עבודה, זמן קצר יותר, ולכן הספק גבוה יותר.
ממוצע לעומת רגע
- עוצמה ממוצעת היא העבודה הכוללת חלקי הזמן הכולל.
- הספק רגעי הוא הקצב ברגע מדויק אחד.
- כאשר כוח או מהירות משתנים, שני הגדלים עשויים להשתות מאוד.
מנוע של רכב דוחף בכוח של $500\ \text{N}$ בעוד שהרכב נע במהירות של $20\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$. מהו ההספק המיידי (בוואט)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$P = Fv = 500 \times 20 = 10{,}000\ \text{W}$ (10 קילו-וואט).
בחרו את כל הדרכים להגדיל את ההספק שמספק כוח.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$P = Fv$, לכן כוח גדול יותר או מהירות גבוהה מרימים את ההספק. פיזור עבודה על פני זמן רב יותר מנמיך את ההספק.
הספק מכוח ומהירות
- בכל רגע נתון, ההספק הוא כוח כפול מהירות:
- לדחוק חזק יותר או לזוז מהר יותר ומספקים יותר הספק.
- זו הסיבה שהרכבים זקוקים להספק מנוע גבוה יותר במהירות גבוהה כדי להתגבר על התנגדות האוויר.
הספק מסופק
על כוח יציב, ההספק המסופק פרופורציונלי למהירות.
מנוע חזק יותר תמיד מבצע עבודה כוללת יותר ממנוע חלש יותר.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
הספק הוא קצב. שני מנועים יכולים לבצע את אותה עבודה כוללת; המנוע החזק פשוט גומר אותה מהר יותר.
יחידות ותחושה יומיומית
- ואט אחד שווה לג'אול אחד לשנייה; קילוואט הוא 1000 מהם.
- נורת תאורה היא בעשרות ואטים; מנוע רכב הוא בעשרות אלפים.
- חשבון החשמל שלך מחייב עבור אנרגיה (קילוואט-שעות), שהוא הספק כפול זמן.
מנוע הרם עומס של $50\ \text{kg}$ בגובה של $10\ \text{m}$ בזמן של $5\ \text{s}$ ($g = 9.8$).
- עבודה: $W = mgh = 50 \times 9.8 \times 10 = 4900\ \text{J}$.
- הספק ממוצע: $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{4900}{5} = 980\ \text{W}$.
הספק גבוה אינו אומר בהכרח עבודה או אנרגיה גדולה יותר -- אלא אותה עבודה המסופקת מהר יותר. מנוע חזק ומנוע חלש יכולים לבצע את אותה כמות עבודה כוללת; המנוע החזק פשוט מסתיים מהר יותר.
הספק $P = dW/dt$ הוא עד כמה מהר העבודה מתבצעת, ב-וואטים (J/s). הספק ממוצע מחלק את סך העבודה בסך הזמן; הספק רגעי הוא $\vec{F}\cdot\vec{v}$ ברגע אחד. אותה עבודה בזמן קצר יותר = הספק גבוה יותר -- ההספק הוא קצב, לא כמות.