Praca i moc

Wiemy już, że rozróżnia się pojęcia pracy i energii, mimo że mierzymy je w tych samych jednostkach, w dżulach. I uwaga: niektórych pojęć nie można mylić z energią i pracą. Jednym z tych pojęć jest moc. Moc jest miarą tego, ile pracy zostanie wykonanej w danym czasie.

Także siła jest czymś innym niż energia i praca, ale w następujący sposób od nich zależy: siła wyraża na przykład, jak mocno zostanie przyspieszony jakiś przedmiot lub ściśnięta sprężyna. Siłę mierzymy w niutonach (N). Gdy jakaś siła F działa wzdłuż odcinka drogi S, wykonywana jest praca L = droga razy siła = F∙S. Energia układu wzrasta lub maleje o wartość wykonanej pracy.

Potrzeba przykładu? Gdy ściśniemy sprężynę pewną siłą na określonym odcinku drogi, wykonamy pracę. Praca ta jest dostarczana sprężynie i dopóki pozostaje ona ściśnięta, w sprężynie jest więcej energii i jest to tak zwana energia naprężenia.

Praca

Pracę i energię mierzymy w tych samych jednostkach. Dokładnie rzecz, biorąc fizycy są tutaj niedokładni. Miarą pracy jest w rzeczywistości różnica energii.

Powinna wyjaśnić to następująca zabawa. Ile trzeba wykonać pracy, aby podnieść walizkę? Przy podnoszeniu zmieniamy energię potencjalną walizki. Zmiana energii potencjalnej ΔE przy podniesieniu masy m na wysokość h wynosi:

ΔE = mgh

m oznacza masę przedmiotu (walizki), g to wynikające z istnienia siły ciężkości „przyspieszenie ziemskie” (9,81 m·s^-2), a h to zmiana wysokości nad powierzchnią ziemi. Przed wejściem na schody walizka ma zatem inną energię potencjalną niż u szczytu schodów. Różnica tych energii jest pracą, którą wykonujemy przy podnoszeniu.

Moc

„Moc jest to praca na sekundę“, czyli zmiana energii podzielona przez czas. Dlatego jednostką mocy jest po prostu dżul na sekundę, czyli „wat”, oznaczenie W:

1 J • s^-1 = 1 N • m • s^-1 = 1 m² • kg • s^-3 = 1 W

Moc aparatury elektrycznej podajemy w „watach“ (W). Typowe urządzenia pracujące w gospodarstwach domowych mają moc nie większą niż kilka kW: żarówki 15÷200 W, czajnik  elektryczny i kuchenka mikrofalowa 750÷2000 W, kalkulator i telefon komórkowy poniżej 1 W.

Przemysł samochodowy zachwala swoje wyroby podając moc silników w „koniach mechanicznych, KM” , 1 KM = 735,5 W, a w krajach anglosaskich jest w użyciu jednostka HP, czyli „horsepower”, 1 HP = 745,7 W.

Typowy samochód ma moc silnika do 300 KM ≈ 220 kW. Pojazdy, startujące w wyścigach Formuły 1 mają silniki o mocy do 1000 KM = 735 kW.

Rakieta SATURN (używana w amerykańskich programach lotów na Księżyc – misje APOLLO) posiadała moc 160 milionów KM ≈ 10¹¹ W.