Potenza fisica

Potenza: formula

Potenza media

Se una forza compie una quantità di lavoro \(W\) in un intervallo di tempo \(\Delta t\), possiamo calcolare la potenza media dovuta alla forza come segue:

\[P_{media} = \frac{W}{\Delta t}\]

Poiché il lavoro è l'energia trasferita quando un oggetto si sposta a causa di una forza, possiamo scrivere l'equazione della potenza media come la differenza di energia divisa per la quantità di tempo in cui il lavoro viene svolto:

\[P_{media} = \frac{\Delta E}{\Delta t}\]

Potenza istantanea

D'altra parte, la potenza istantanea è la velocità istantanea di esecuzione del lavoro. È il valore limite della potenza media quando \(\Delta t\) va a zero. Lo si può calcolare come:

\[P_{ist} = \lim_{\Delta t\to 0} \frac{W}{\Delta t}\] \[P_{ist} = \frac{dW}{dt}\]

La potenza istantanea è utile quando abbiamo una funzione di lavoro che dipende dal tempo e vogliamo conoscere la potenza in un momento specifico. In questo caso, dobbiamo prendere la derivata temporale della funzione del lavoro e inserire l'istante di tempo.

La velocità con cui una forza agisce su una particella (o un oggetto simile a una particella) può essere espressa in termini di forza e velocità della particella. Per una particella che viaggia su una traiettoria rettilinea e che è soggetta a una forza costante diretta con un angolo rispetto a tale traiettoria, possiamo scrivere l'equazione della potenza come

\[P_{ist} = \frac{dW}{dt}\]

\[P_{ist} = \frac{F \:cos \theta \:dx}{dt} \]

\[P_{ist} = F \:cos\theta \left(\frac{dx}{dt}\right) \]

\[P_{ist} = F\:v\: cos\theta\]

Se riscriviamo l'equazione come un prodotto scalare, otteniamo

\[P = \vec{F}\cdot\vec{v}\]

Esempi di potenza

Si spera che non siate ancora completamente esauriti e che abbiate ancora un po' di energia per vedere qualche esempio.

Ora vediamo un esempio con un blocco che subisce due forze.

Potenza meccanica erogata

Prima di tutto, è necessario definire cosa si intende per potenza in ingresso e potenza erogata. Mentre la potenza in ingresso è la potenza consumata da un dispositivo, la potenza erogata è la potenza fornita dal dispositivo. Ogni dispositivo perde energia, spesso sotto forma di calore dovuto all'attrito delle parti in movimento. Per esempio, una lampadina è fatta per fornire luce, ma genera anche calore che viene rilasciato nell'ambiente. Il motore di un'automobile, oltre a produrre energia cinetica, emette calore e suono nell'ambiente.

Si può calcolare matematicamente come

\[ Efficienza = \frac{Potenza \: utile \:erogata}{Potenza\:totale\:immessa}\]

Possiamo esprimere l'efficienza come una percentuale o un numero compreso tra \(0\) e \(1\). Ad esempio, un'efficienza di \(0,25\) equivale a un'efficienza del \(25 \%\).

Differenza tra potenza meccanica e potenza elettrica

La potenza meccanica e quella elettrica sono concetti simili. Mentre la potenza meccanica si riferisce alla velocità di esecuzione del lavoro, la potenza elettrica è la velocità con cui un circuito elettrico trasferisce energia elettrica. Le loro unità di misura SI sono i watt, \(W\). L'energia elettrica è comunemente fornita da batterie elettriche e prodotta da generatori elettrici. Le fonti di energia meccanica sono invece le turbine ad acqua, i motori elettrici, le presse idrauliche, le turbine a vapore e le turbine eoliche.Non vi eravate accorti di dover assumere delle proteine prima di questo articolo, vero? È stato un bell'allenamento per il cervello!