力和权力的概念似乎传达了相似的含义,而且常常相互混淆。但在物理学中,它们是不能互换的。力是两个物体相互作用的基本结果,而力是能量随时间(功)消耗的表达式,力是其中的一个要素。力和力都可以被描述和测量,但力是一种实际的物理现象,而力本身不是。
力 | 权力 | |
---|---|---|
定义 | 物体相互作用产生的推或拉。 | 功率是做功或能量传输的速率。 |
单元 | 牛顿 | 瓦特=焦耳/秒 |
符号 | F | P |
以…命名 | 艾萨克牛顿 | 詹姆斯瓦特 |
其他量的推导 | f=毫安(力=质量乘以加速度) | p=w/t(功率=功除以时间) |
与“工作”的关系 | 施加在一定距离上的力产生功。 | 执行工作的速率。 |
日常例子 | 重力、摩擦力、磁力。 | 马力(1.马力=750瓦)。 |
力只能在物体相互作用时产生。无论是直接接触还是远距离接触,物体相互作用时都会相互推拉。直接接触力的例子包括汽车轮胎在道路上的摩擦力,或汽车行驶时的空气阻力。远距离相互作用是通过重力和磁力等力发生的。力是物理现象的基本表现,时间和距离也是如此。
功率是指单位时间消耗的能量。另一种说法是:“工作”完成的速度。当有力引起物体运动时,就产生功。例如,一个人压在砖墙上是在消耗能量,但由于砖墙不动,没有人在做任何工作,也没有产生任何能量。但如果一个人推着一张桌子并移动它,那么就有工作了。权力表达了这项工作完成得有多快。所以,力是幂方程的一个元素,还有其他基本元素,比如距离和时间。
力是质量和重力加速度的乘积,通常表示为
其中F是力,m是质量,a是重力加速度。
作为子系统功或能量的变化率,功率计算如下:
其中P是功率,W是功,t是时间。
力是任何和所有物体相互作用所固有的。当棒球运动员击球时,球棒对球施加力(反之亦然)。行星绕太阳公转是因为力的作用。要计算一个重量为146克的棒球的力(以牛顿为单位),你只需将质量(以千克为单位,所以是0.146)乘以加速度(地球的重力是每秒9.8米),等于1.43牛顿。
如果一个人跑步然后走上同一段楼梯,两次所做的工作量是相同的,但是跑步时产生的能量更多,因为相同的工作量在更短的时间内完成。
在科学应用中,力是用牛顿来测量的,而在英制中,力是用磅来表示的。力的国际单位制是牛顿(N)。一牛顿是使一千克质量以每秒平方米一米的速度加速所需的力,即千克·米·秒−1牛顿等于100000达因。
功率的国际单位制是瓦特(W)。一瓦特等于每秒一焦耳,焦耳是能量单位。这是标准的计量单位,但功率可以用任何能量表示。功率的另一个常用表达是马力,其中1马力等于746瓦。
力引起加速度(速度的变化)。力的标准单位是以艾萨克牛顿命名的,以庆祝他的第二定律,该定律指出,“物体的加速度与所施加的力成正比……”1牛顿是以每秒1米的速度加速1公斤质量所需的力。
詹姆斯瓦特是苏格兰发明家和工程师。瓦特创造了马力的测量方法来帮助解释他蒸汽机的功率改进。由于他对蒸汽机效率的巨大贡献,科学界决定以他的名字命名动力单位,以此来纪念他。瓦特在1960年作为功率单位加入国际单位制。
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