Công suất khác công cơ học như thế nào?

Công suất được tính từ công cơ học chia cho thời gian

Trong một khoảng thời gian (t), công suất trung bình được xác định bởi:

[

P = \frac{A}{t}

]

Ở đây, (A) phải là công cơ học thực hiện trong chính khoảng thời gian (t). Nếu một lực thực hiện (600,J) công trong (3,s), công suất trung bình là (200,W).

Mẫu số (t) tạo ra khác biệt cốt lõi: cùng một lượng công, thời gian thực hiện càng dài thì công suất càng nhỏ; thời gian càng ngắn thì công suất càng lớn. Trong Hệ đơn vị quốc tế, (1,W = 1,J/s). Vì vậy, công suất trung bình (200,W) nghĩa là trong khoảng thời gian đang xét, tốc độ thực hiện công trung bình là (200,J) mỗi giây.

Công cơ học và công suất đo hai đại lượng khác nhau

Công cơ học trả lời “đã thực hiện bao nhiêu công?”, còn công suất trả lời “lượng công đó được thực hiện nhanh đến mức nào?”. Công phụ thuộc vào lực và độ dời; công suất còn phụ thuộc vào thời gian dùng để thực hiện lượng công ấy.

Một quá trình thực hiện nhiều công chưa chắc có công suất lớn nếu nó kéo dài lâu. Ngược lại, một quá trình có công suất lớn nhưng chỉ diễn ra rất ngắn vẫn có thể tạo ra tổng công nhỏ hơn quá trình có công suất thấp hơn nhưng kéo dài lâu hơn.

Cùng một công, thời gian ngắn hơn thì công suất lớn hơn

Giả sử hai người đều thực hiện (1.200,J) công để hoàn thành cùng một nhiệm vụ. Người thứ nhất mất (3,s):

[

P_1 = \frac{1.200}{3} = 400,W

]

Người thứ hai mất (6,s):

[

P_2 = \frac{1.200}{6} = 200,W

]

Hai người thực hiện cùng lượng công, nhưng người hoàn thành trong một nửa thời gian có công suất gấp đôi. Công suất vì thế phản ánh tốc độ thực hiện công, không phải tổng lượng công.

Kết luận “ai làm nhanh hơn thì có công suất lớn hơn” chỉ đúng khi lượng công đem ra so sánh bằng nhau. Nếu mỗi người thực hiện một lượng công khác nhau, phải tính (A/t) cho từng trường hợp thay vì chỉ nhìn vào thời gian.

Cùng công suất, làm lâu hơn thì công thực hiện nhiều hơn

Từ (P = A/t) suy ra:

[

A = P,t

]

Nếu một thiết bị cơ học duy trì công suất (300,W) trong (10,s), công thực hiện là (3.000,J). Nếu vẫn ở mức (300,W) nhưng hoạt động trong (20,s), công thực hiện tăng lên (6.000,J).

Cùng công suất không có nghĩa là cùng lượng công: tổng công còn phụ thuộc vào thời gian. Khi công suất được coi là không đổi, (A = P,t) áp dụng trực tiếp. Nếu công suất thay đổi theo thời gian, phải dùng công suất trung bình của đúng khoảng thời gian đang xét hoặc cộng phần công thực hiện trong từng khoảng nhỏ; không thể lấy một giá trị công suất bất kỳ nhân với toàn bộ thời gian.

Joule và watt cho thấy công và công suất không thể thay thế nhau

Đơn vị SI của công cơ học là joule. Trong cơ học, (1,J = 1,N\cdot m). Đơn vị SI của công suất là watt, với:

[

1,W = 1,J/s

]

Quan hệ đơn vị thể hiện đúng bản chất của hai đại lượng: joule biểu thị một lượng công, còn watt biểu thị lượng công trên một đơn vị thời gian. Vì thế, (500,J) và (500,W) không phải hai giá trị cùng loại và không thể so sánh trực tiếp.

Muốn suy ra công từ công suất hoặc ngược lại, phải có thêm thời gian: (A = P,t) hoặc (P = A/t). Nếu thiếu (t), chỉ biết một trong hai đại lượng thường chưa đủ để xác định đại lượng còn lại.

Cách nhận biết bài toán đang hỏi công hay công suất

Khi đọc một bài toán cơ học, có thể nhận diện đại lượng cần tìm bằng ba dấu hiệu:

·         Nếu bài hỏi lượng công do lực thực hiện qua một độ dời, đại lượng cần tìm là công cơ học, đơn vị joule

·         Nếu bài hỏi tốc độ thực hiện công hoặc cho công kèm thời gian, đại lượng cần tìm thường là công suất, đơn vị watt

·         Nếu bài yêu cầu so sánh ai hoặc thiết bị nào thực hiện cùng một công nhanh hơn, cần so sánh công suất chứ không chỉ so sánh lượng công

Có thể kiểm tra lại bằng đơn vị của đáp số: (J) là công, còn (W = J/s) là công suất. Khi đề bài cho cả công và thời gian, (P = A/t) là quan hệ trực tiếp nối hai đại lượng.

Công cơ học và công suất có liên hệ chặt chẽ nhưng không đồng nhất. Công cơ học cho biết lượng công được thực hiện, còn công suất cho biết tốc độ thực hiện lượng công đó. Quan hệ (P = A/t) giải thích vì sao cùng một công nhưng hoàn thành trong thời gian ngắn hơn sẽ có công suất lớn hơn, đồng thời cho thấy cùng một công suất chưa chắc tạo ra cùng lượng công nếu thời gian khác nhau.