Fizika 7 - 4.7 Snaga

Na početku...

Učenice podižu bučice i svakim podizanjem obavljaju isti rad. Koja od njih je snažnija?

Što bismo u ovom slučaju trebali mjeriti?

Osim koliki je rad, zanima nas i koliko je vremena potrebno da se taj rad obavi.

Vrijeme je fizička veličina. Označavamo ga slovom $t$ . Osnovna mjerna jedinica za vrijeme je sekunda, znak $s$ . Vrijeme mjerimo satom.

Zanimljivost

Na slici je prikazana perilica i sušilica rublja — Perilica i sušilica rublja

Prilikom kupnje kućanskih uređaja (perilice i/ili sušilice rublja, hladnjaka, televizora, računala, usisivača i drugih) treba obratiti pozornost na snagu uređaja te rade li oni tijekom duljeg vremena ili kratkotrajno.

Snagu označavamo s $P$ (engl. power).

Utjecaj snage na obavljeni rad i vrijeme obavljanja rada

Dvoje učenika (ili više njih) istodobno pokreću simulaciju pokretanja boce s vodom na svojim mobilnim uređajima ili računalima kako bi dobili različita mjerenja. Obujam vode u boci iznosi $250 mL .$ Koji je učenik prema rezultatima u simulaciji snažniji?
Pokrenite interakciju. Dobivene podatke zapišite u tablicu, izračunajte količnik rada i vremena te promislite o utjecaju snage na obavljeni rad i vrijeme obavljanja rada.

Koliko je puta obavljeni rad veći, toliko je puta veća snaga. Vrijedi i obratno. Koliko je puta obavljeni rad manji, toliko je puta manja snaga.

$P \sim W$

Koliko je puta dulje vrijeme obavljanja rada, toliko je puta manja snaga. Vrijedi i obratno. Koliko je puta kraće vrijeme, toliko je puta veća snaga.

$P \sim \frac{1}{t}$

Snaga je količnik rada i vremena u kojem se taj rad obavlja.

$P = \frac{W}{t}$

Mjerna jedinica je vat, znak $W$ .

Snaga od $1 W$ potrebna je da se obavi rad od $1 J$ u vremenu od $1 s .$

Povezani sadržaji

Izvor: „James Watt. Stipple engraving by J. Thomson, 1820, after Sir W. Beechey“. Autor Wellcome collection, https://wellcomecollection.org/works/udhe7h6h, CC BY 4.0. Slika je izrezana (CC BY 4.0).

Mjerna jedinica za snagu nazvana je po škotskom inženjeru i izumitelju Jamesu Wattu (1736.-1815.). Prva industrijska revolucija počela je promjenama koje su uslijedile primjenom parnog stroja koji je on usavršio.

Snagu iskazujemo većim i manjim mjernim jedinicama.

$1 W= 1 000 mW$

$1 mW = 0,001 W$

$1 k W= 1 000 W$

$1 W= 0,001 kW$

$1 M W= 1 000 kW= 1 000 000 W$

$\begin{array}{l} 1 G W= 1 000 MW= 1 000 000 kW= 1 000 000 000 W \end{array}$

Zanimljivost

Iznimno dopuštena mjerna jedinica za snagu naziva se konjska snaga, znak $KS .$ Ako stroj podigne tijelo mase $75$ kilograma na visinu od $1$ metra u vremenu od $1$ sekunde, tada taj stroj ima snagu od $1$ KS. Pri podizanju tijela gravitacijska potencijalna energija na visini od $1 m$ iznosi:

$E_{g p} = m \cdot g \cdot h$

$E_{g p} = 75 kg \cdot 10 \frac{N}{kg} \cdot 1 m$

$E_{g p} = 750 J$

Snaga tada iznosi:

$P = \frac{W}{t}$

$P = \frac{750 J}{1 s}$

$P = 750 W$

Istražite primjere snage u životinjskom svijetu.

Kolika je snaga čimpanze, a kolika krokodilova ugriza? Kako se nekada iskorištavala snaga magaraca, deva, slonova i drugih životinja? Koristimo li se i danas snagom životinja za obavljanje svakodnevnih poslova?

Bageri imaju snagu motora od 9 kW do 400 kW.

Primjeri prosječnih snaga:

Sunce	$400 000 000 000 000 000 000 000 000 W$
Vulkanska erupcija	$4 000 000 000 000 000 W$
Turbina elektrane	$230 000 000 W$
Putnički zrakoplov	$10 000 000 W$
Osobni automobil	$40 000 W$
Sušilica za rublje	$2 000 W$
Čovjek	$100 W$
Žarulja LED	$20 W$
Električni sat	$3 W$
Džepni kalkulator	$0,001 W$

Primjer 1.

Tijekom čišćenja sobe Sonja u $4 s$ pomakne krevet i pritom obavi rad od $50 J .$ Koliko iznosi njezina snaga?

$W = 50 J$

$t = 4 s$

_____

$P = ?$

$P = \frac{W}{t}$

$P = \frac{50 J}{4 s}$

$P = 12,5 W$

Snaga kojom je Sonja pomaknula krevet iznosi $12,5 W .$

Zadatak 1.

Na hladnjaku je oznaka $200 W .$ Koliki je obavljeni rad hladnjaka ako bio on radio cijelo vrijeme tijekom 1 dana?

$P = 200 W$

$t = 1 dan = 24 h = 86 400 s$

____________________

$W = ?$

$P = \frac{W}{t}$

$W = P \cdot t$

$W = 200 W \cdot 86 400 s$

$W = 17 2 800 000 J$

$W = 17 280 kJ$

$W = 17,28 MJ$

Obavljeni rad iznosi $17,28 M J .$

Korisnost

Strojevi i uređaji usavršavaju se kako bi se povećala njihova korisnost, tj. kako bi se smanjio gubitak energije.

Korisnost označavamo s $η,$ a izražavamo u postotcima $(%) .$

Korisnost je količnik korisne energije i uložene energije

$η = \frac{E_{k o r i s n a}}{E_{u l o ž e n a}},$

odnosno količnik korisnog rada i uloženog rada

$η = \frac{W_{k o r i s n o}}{W_{u l o ž e n o}}$

odnosno, kao u primjeru iznad, korisnost je količnik korisne snage i uložene snage

$η = \frac{P_{k o r i s n o}}{P_{u l o ž e n o}} .$

Korisnost nekih strojeva:

Dizelski motor ima korisnost od oko $40 % .$

Elektromotor ima korisnost od oko $95$ posto.

Zadatak 2.

Korisnost nekog stroja iznosi $70 % .$ Koliko energije moramo uložiti da obavimo rad od $28 J ?$

$η = 70 %$

$W = E_{k} = 28 J$

______

$E_{u} = ?$

$η = \frac{E_{k}}{E_{u}}$

$E_{u} = \frac{E_{k}}{η}$

$E_{u} = \frac{28 J}{0,70}$

$E_{u} = 40 J$

Da bismo obavili rad, moramo uložiti $40 J$ energije.

Primjer 2.

Na usisivaču je oznaka $2 000 W .$ Korisnost njegova motora iznosi $90 % .$ Kolika je korisna snaga kojom usisivač uvlači prašinu dok je uključen u struju?

$P_{u} = 2 000 W$

η = 90 % = 0,90

_________

P_{k} = ?

η = \frac{P_{k}}{P_{u}}

P_{k} = η \cdot P_{u}

$P_{k} = 0,90 \cdot 2 000 W$

$P_{k} = 1 800 W$

Korisna snaga usisivača iznosi $1 800 W$ .

...i na kraju

Snaga je količnik obavljenog rada i vremena potrebnog za obavljanje tog rada. Mjerna jedinica je vat, a oznaka

W .

Snaga od

1 W

potrebna je da se obavi rad od

1 J

u vremenu od

1 s .

Korisnost je omjer korisne snage i uložene snage.

4.7 Snaga

Na početku...

Zanimljivost

Utjecaj snage na obavljeni rad i vrijeme obavljanja rada

Povezani sadržaji

Zanimljivost

Zadatak 1.

Korisnost

Zadatak 2.

...i na kraju

MOJE ZNANJE

Uspješno ste usvojili sve odgojno-obrazovne ishode:

Potrudite se još malo kako biste bolje usvojili sljedeće odgojno-obrazovne ishode:

Trebali biste ponovno proći sljedeće jedinice:

4.8 Rad na kosini - dodatni sadržaj