机械能守恒定律

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功率

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2014.03.19 19:02

功率的概念

功率是描述做功快慢的物理量。功是单位时间内力做的功。

功率的单位是瓦特(w),日常生活生产中也常用千瓦(kw)来作功率单位。

注意,千瓦时是能量的单位,我们日常生活中的一度电就是一千瓦时的意思。

汽车发动机功率

功率的公式

功率的定义式:P=W/t ,当t不是无穷小量时,公式所求出的功率是时间t内的平均功率。

功率的另一个计算式:P=Fvcosθ,其中θ是力与速度间的夹角。该公式有两种用法:

①求某一时刻的瞬时功率。这时F是该时刻的作用力大小,v取瞬时值,对应的P为F在该时刻的瞬时功率;

②当v为某段位移(时间)内的平均速度时,则要求这段位移(时间)内F必须为恒力,对应的P为F在该段时间内的平均功率。

重力的功率可表示为P=mgvcosθ,即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖直分速度之积。

我们如上讨论的是力学 中的功率,电学功率不在本文讨论范围内。

汽车两种启动模式的区别

当汽车(或者摩托车)从静止开始沿水平面启动过程,有两种不同的加速启动模式,分别是以恒定功率加速和以恒定加速度(牵引力)启动。但分析时采用的基本公式都是P=Fv和F-f =ma。

我们先来说汽车以恒定功率启动模式。由上面讲到的基本公式P=Fv和F-f=ma知,由于P恒定,随着v的增大,F必将减小,a也必将减小。故当汽车刚刚启动时候,由于速度接近于零,所以这个时候汽车的加速度非常大。但是随着速度被加上去,牵引力开始逐渐变小,汽车做加速度不断减小的加速运动,直到F=f,a=0,这时v达到最大值。通过整个过程的分析,我们可以发现恒定功率启动的加速模式必然不是匀加速。这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算,不能用W=Fs计算(因为F为变力)。

我们再来探讨恒定加速度(牵引力)启动模式。由公式P=Fv和F-f=ma知,由于F恒定,所以a恒定,汽车做匀变速直线运动。为了保持汽车匀变速运动,即随着v的增大,P也将不断增大,直到P达到额定功率Pm,功率不能再增大了(因为已经增大到了最大值)。这时匀加速运动结束,此后汽车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了,这种模式和上面讲到的一致。通过分析可见,恒定牵引力的加速时功率一定不恒定。在匀加速过程中,发动机做的功只能用W=Fs计算,不能用W=Pt计算(因为P为变功率)。

通过对比,我们就会发现,在生活中,往往是采用第二种即恒定加速度模式启动汽车。原因是这样既舒服又省油,舒服的原因是加速度稳定,省油的原因是功率是逐渐增加上去的。对于第一种启动模式,往往是出现在F1方程式赛车场中,因为赛车最需要的是最短时间内把速度提上去。

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