Poder (física)

Explicamos qual é o poder, sua fórmula, unidades, tipos de poder e colocamos exercícios resolvidos

O poder desta lâmpada incandescente é de 150 W. Quanto maior o poder, mais brilho ele produz, mas o consumo atual é maior

O que é poder de física?

O poder Na física, é uma magnitude escalar usada para indicar a velocidade com que o trabalho é realizado, ou é dispensando ou consumido pela energia. É o fator -chave para determinar a eficiência de uma maquinaria, bem como otimizar o consumo de energia.

Por exemplo, um cortador de grama pode fazer o trabalho de cortar a grama em meia hora ou talvez em duas horas. Claramente, o cortador que faz o trabalho em menos tempo desenvolve maior poder, porque ele faz o mesmo trabalho mais rápido.

Em geral, o poder é expresso como:

Desde que uma força cause uma ação, como mover um objeto, faz um trabalho mecânico equivalente à energia. Quando o tempo gasto nisso é considerado, o conceito de poder surge.

Fórmulas

Primeiro, o poder médio é definido_m, Como a proporção entre a quantidade de trabalho realizado ΔW e o tempo Δt que foi necessário para fazê -lo:

No sistema internacional de unidades, o poder é medido em Joule/segundo, Unidade chamada Watt ou Watt, para homenagear o engenheiro escocês James Watt (1736-1819), que contribuiu para o desenvolvimento do motor a vapor.

Outras unidades para o poder são:

• Cavalo de vapor (currículo).
• Cavalo -força (HP ou Cavalo Poder).
• Ergios/segundo.
• Foo ∙ Libra/Segundo.
• Calorias/segundo.
• Quilógrafo/segundo.
• BTU/hora.

Algumas equivalências ocorrem abaixo:

• 1 hp = 550 pés ∙ libra/segundo = 745.7 W = 2545 BTU/H

O kilovatio-hora que freqüentemente aparece na conta de eletricidade, não é uma unidade de energia, mas de energia, assim como a unidade térmica BTU ou britânica, uma unidade amplamente utilizada no campo de resfriamento e os ar condicionados.

A potência instantânea P é calculada tomando um intervalo de tempo muito pequeno. Fazendo Δt → 0 na potência média, ele se transforma no poder instantâneo, que é então expresso como o trabalho derivado do trabalho em relação ao tempo:

Pode servir a você: Física antes dos gregos (Antígua Grécia)

Eficiência

A eficiência de uma maquinaria é medida comparando o trabalho útil que faz com a energia necessária para implementá -la.

Acontece que não importa o quão perfeita uma maquinaria nunca se transformará em trabalho útil toda a energia fornecida. Quando há peças móveis, o atrito é responsável por transformar uma parte em calor e outro provavelmente em som, que não são aproveitados.

Como explicado acima, a eficiência mecânica ε permanece:

Com w_s O trabalho de saída e e_e A energia de entrada. Ao se multiplicar por 100%, a eficiência percentual é obtida, que também pode ser encontrada através do quociente entre o poder de entrada P_e e a potência de saída P_s:

Por exemplo, se uma máquina tiver uma eficiência de 45%, significa que apenas 45% da energia contribuída é usada para os fins da máquina, e os 55% restantes são perdidos em calor, som ou outra forma de energia.

Tipos de poder

A energia pode ser desenvolvida por diferentes tipos de forças, assim a potência mecânica, associada a objetos móveis, energia elétrica, som, térmica e mais.

Poder mecânico

Um objeto em movimento desenvolve um poder relacionado à sua velocidade. Como o trabalho é definido como o produto escalar entre força e deslocamento, ocorre um poder instantâneo por:

Onde:

É um deslocamento infinitesimal. Lembrando que a velocidade é a derivada da posição em relação ao tempo:

Ao substituir essa equação no anterior, obtém -se que a energia mecânica é o produto escalar entre o vetor de força e velocidade:

Pode servir a você: queda livre: conceito, equações, exercícios resolvidos

Potência elétrica

É a taxa para a qual a energia fornece uma fonte ou bateria, para uma carga específica que. Esta entrega não pode ser feita a uma taxa constante; portanto, uma energia média é definida:

Onde v é a tensão e Δt é o intervalo de tempo. Se a corrente e a tensão forem constantes ao longo do tempo, a corrente será:

I = Q/ΔT

E o poder também é constante, expressando -se como:

P = i ∙ v

Poder sonoro

Ondas sonoras transportam energia à medida que se espalham, graças à pressão sobre as partículas do meio. Para eles, o conceito de intensidade sonora é usada, que é o poder por unidade de área, que é medido em w/m² em si:

A potência total é calculada pela integral na superfície S:

A superfície pode ser, por exemplo, um raio r.

Poder Térmico

É a taxa na qual um determinado sistema libera energia na forma de calor:

Lei Stefan-Boltzmann

Para o calor transmitido por radiação, a lei Stefan-Boltzmann é válida:

Onde:

• T é a temperatura em Kelvin.
• σ é constante de Stefan-Boltzmann: σ = 5.67 × 10⁸ C/(M² K⁴).
• A emissividade do material é E, cujo valor é entre 0 e 1 e é típico de cada material.
• A é a área de superfície do corpo.

Exemplos de poder na física

Ar condicionado e aquecedor

Os equipamentos de ar condicionado e aquecimento são classificados por seu poder. Fabricantes e designers têm fórmulas empíricas para calcular o poder que um equipamento deve ter para curar adequadamente uma sala com determinadas dimensões.

Lâmpadas

As pessoas geralmente são guiadas pelo poder de uma lâmpada elétrica para saber o quão brilhante é.

Pode servir a você: Lei Watt: O que é, exemplos, aplicativos

Eletrodomésticos

Todos os aparelhos indicam em seus rótulos o poder que eles consomem para cumprir sua função.

Máquinas

As máquinas em geral, como guindastes, por exemplo, são classificadas de acordo com o poder que eles desenvolvem para levantar pesos.

Fãs mecânicos para pacientes na UTI

O poder de um ventilador mecânico para terapia intensiva é cuidadosamente monitorada para evitar lesões pulmonares de pacientes.

Exercícios

Exercício 1

Uma garota come diariamente o equivalente a 8.4 × 10⁶ J para manter seu peso constante. Quanto é o poder médio que se desenvolve atualizado?

Solução

A energia média é o trabalho realizado por unidade de tempo. Se a garota mantiver seu peso constante, ela gasta toda a energia da comida para fazer um trabalho útil. Um dia você tem 24 horas, equivalente em segundos para:

1 dia = 24 h = 86400 s

Exercício 2

Um carro esportivo cuja massa é de 1500 kg é capaz de acelerar de 0 a 90 km/h em 5.0 s. Que energia média é necessária para alcançar esta aceleração?

Solução

A fórmula para energia mecânica é usada:

A força é calculada pela segunda lei de Newton:

A aceleração média do carro, assumindo que o movimento é uniformemente variado retilíneo, é:

Antes de substituir, é realizada uma conversão de unidades:

90 km/h = 25 m/s

A força e o deslocamento estão na mesma direção, portanto, o poder é simplesmente o produto da magnitude da força pela velocidade média:

Substituindo o poder:

P = 1500 kg × 5m/s² × 12.5 m/s = 93750 W