Lý thuyết Vật lí 10 Bài 24: Công suất

Trong thực tế, để đánh giá máy móc nào làm việc khỏe hơn, người ta không chỉ quan tâm đến tổng công sinh ra mà còn quan tâm đến thời gian thực hiện công đó nhanh hay chậm.

1. Định nghĩa công suất

Công suất là đại lượng đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của người hoặc máy móc, được xác định bằng thương số giữa công thực hiện $A$ và khoảng thời gian $t$ dùng để thực hiện công đó:

Trong đó:
- $A$: Công cơ học thực hiện (đơn vị: Joule, $J$).
- $t$: Thời gian thực hiện công (đơn vị: giây, $s$).
- $\mathcal{P}$: Công suất (đơn vị: Watt, kí hiệu $W$).

2. Đơn vị của công suất

• Trong hệ đơn vị quốc tế SI, đơn vị của công suất là Watt (W): $1 \, W = 1 \, J/s$.
• Các bội số thông dụng:
  - Kilowatt ($kW$): $1 \, kW = 1000 \, W$.
  - Megawatt ($MW$): $1 \, MW = 1.000.000 \, W$.
• Đơn vị Mã lực (Sức ngựa - Horsepower): Thường dùng ghi công suất động cơ ô tô, xe máy:
  - Mã lực Anh ($HP$): $1 \, HP \approx 746 \, W$.
  - Mã lực Pháp ($CV$): $1 \, CV \approx 736 \, W$.

Khi một vật chuyển động thẳng đều dưới tác dụng của lực kéo $\vec{F}$ cùng chiều với vận tốc $\vec{v}$, trong thời gian $t$ vật đi được quãng đường $s = v \cdot t$. Công thực hiện là $A = F \cdot s = F \cdot v \cdot t$.

Thay vào công thức công suất, ta có hệ thức:

Hệ thức $\mathcal{P} = F \cdot v$ áp dụng cho cả chuyển động biến đổi, khi đó $\mathcal{P}$ là công suất tức thời tại thời điểm vật có vận tốc tức thời $v$ dưới tác dụng của lực $F$.

Ý nghĩa thực tế và Nguyên lí hộp số xe máy, ô tô:

Khi động cơ phương tiện hoạt động ở một mức công suất định mức không đổi ($\mathcal{P} = \text{const}$):

• Lực kéo $F$ của động cơ tỉ lệ nghịch với vận tốc $v$ của xe.
• Khi xe leo dốc cao hoặc chở tải nặng: Xe cần lực kéo $F$ rất lớn để thắng trọng lực và lực cản, người lái xe phải chuyển về số thấp (số 1, số 2). Ở số thấp, bánh răng truyền động có bán kính lớn làm vận tốc xe nhỏ, tạo ra lực kéo cực đại giúp xe leo dốc dễ dàng.
• Khi xe chạy trên đường bằng phẳng thoáng đãng: Xe cần chạy nhanh (vận tốc $v$ lớn), lực cản nhỏ nên chuyển sang số cao (số 4, số 5) để tối ưu tốc độ và tiết kiệm nhiên liệu.