2.2.6 Η ισχύς

Στις καθημερινές μας δραστηριότητες χρησιμοποιούμε διάφορες μορφές ενέργειας όπως, ηλεκτρική, χημική, κ.α. Για παράδειγμα χρησιμοποιούμε ηλεκτρική ενέργεια για να θέσουμε σε κίνηση τον αέρα μέσω ενός ανεμιστήρα, για να αντλήσουμε νερό, για να ανυψώσουμε σώματα με έναν ανελκυστήρα, κ.α. Χρησιμοποιούμε επίσης τη χημική ενέργεια των καυσίμων για να κινηθούν τα αυτοκίνητα, τα αεροπλάνα κ.τ.λ. Δύο αυτοκίνητα με ίση συνολική μάζα m (οδηγός και όχημα) ξεκινούν από τη βάση ενός ομαλού λόφου για να φθάσουν στην κορυφή του (Εικ. 2.2.19). Όταν θα φθάσουν εκεί θα έχουν αποκτήσει την ίδια ποσότητα δυναμικής ενέργειας mgH και έστω ότι οι κινητήρες τους θα έχουν κάνει ισόποσο έργο. Όμως ο κινητήρας του αυτοκινήτου που θα φθάσει πρώτο στην κορυφή θα έχει κάνει το ίδιο έργο σε μικρότερο χρόνο. Το γεγονός αυτό στην επιστημονική ορολογία αποδίδεται με τη φράση “ο κινητήρας έχει μεγαλύτερη ισχύ”, ενώ στην καθομιλουμένη γλώσσα λέμε ότι “το αυτοκίνητο έχει μεγάλη μηχανή”.

Η ισχύς ενός κινητήρα και γενικώτερα οποιασδήποτε μηχανής είναι το πηλίκο του έργου που παράγει, προς το χρονικό διάστημα στο οποίο αυτό παράγεται, δηλαδή η ισχύς εκφράζει τον ρυθμό με τον οποίο παράγει έργο ο κινητήρας. Η ισχύς συμβολίζεται με το γράμμα Ρ από την αγγλική λέξη Power. Αν μια μηχανή παράγει έργο W σε χρόνο t, τότε η ισχύς Ρ θα είναι: [pic] (2.2.12)

Η μονάδα μέτρησης της ισχύος στο Διεθνές Σύστημα μονάδων (S.I.) είναι το [pic] Πολλές φορές στην πράξη χρησιμοποιούνται οι μονάδες 1kW = 103 W και ο ίππος (HP) για τον οποίο ισχύει: 1HP = 745,7Watt. Επιπλέον, συχνά χρησιμοποιούνται και ακόμη μεγαλύτερες μονάδες όπως είναι το 1MW (1MW = 106 W). Αν θυμηθούμε ότι οι μηχανές μετατρέπουν μια μορφή ενέργειας σε κάποια άλλη π.χ. από χημική των καυσίμων σε κινητική στο αυτοκίνητο, τότε μπορούμε να πούμε ότι η ισχύς είναι ο ρυθμός με τον οποίο μια μορφή ενέργειας μετατρέπεται σε κάποια άλλη. Ας θεωρήσουμε ένα σώμα που κινείται με σταθερή ταχύτητα υ (Εικ. 2.2.20), σε οριζόντιο επίπεδο. Επειδή η ταχύτητα είναι σταθερή, έπεται ότι η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται στο σώμα είναι μηδέν, δηλαδή F=T. Αν εφαρμόσουμε τη σχέση (2.2.12) για το έργο δύναμης F, έχουμε: Ρ= [pic] και επειδή υ = [pic] προκύπτει τελικά Ρ = Fυ (2.2.13) Στον παρακάτω πίνακα φαίνονται μερικές τιμές ισχύος.

Ισχύς που εκπέμπεται από τον Ήλιο - 3,9.1026W Ισχύς μιας καταιγίδας - 2.1013W Ισχύς αεριωθούμενου Boeing 747 - 2.108W Ισχύς φρυγανιέρας - 1.103W Μέγιστη ισχύς αθλητή - 2.102W Ισχύς ηλεκτρικού λαμπτήρα - 1.102W Ισχύς αγριομέλισσας που πετάει - 10-10W

Δραστηριότητα

Δύο μαθητές Α, Β, αρχίζουν να ανεβαίνουν τις σκάλες του σχολείου μεταβαίνοντας στην αίθουσα της τάξης τους η οποία βρίσκεται στον 3ο όροφο, που βρίσκεται σε ύψος 12m από το έδαφος. Ο μαθητής Α έχει μάζα 70kg και φθάνει στον 3ο όροφο σε 2min. Ο μαθητής Β έχει μάζα 85kg και φθάνει στο όροφο σε 2min επίσης. α) Ποιος από τους μαθητές έκανε μεγαλύτερο έργο; β) Ποιος από τους μαθητές ανέπτυξε μεγαλύτερη ισχύ;