P==Fvcosα=F(vcosα)=(Fcosα)v (2)
在作用力方向和位移方向相同的情况下,有P=Fv,即力F的功率等于力F和物体运动速度v的乘积。当F与v不在一条直线上时,则用它们在一条直线上的分量相乘。
2.平均功率和瞬时功率
【说一说】
各种机器实际输出的功率常随时间变化,因此有平均功率与瞬时功率之分。(1)式中,t等于从计时开始到时刻t的时间间隔,W是力在这段时间内做的功,所以(1)式中的P实际上是这段时间的平均功率。如果我们要表示瞬时功率与功、时间的关系,(1)式应该怎样改写?
P=表示t时间内的平均功率,当t→0时为瞬时功率。
①平均功率:描述力在一段时间内做功的快慢。
由于据P=求出的功率反映的是做功的平均快慢程度,所以,据P=求出的是平均功率;公式P=Fvcosα中若v表示在时间t内的平均速度,P表示力F在这段时间t内的平均功率。
②瞬时功率:瞬时功率是表示力在某个瞬时做功快慢的物理量。
如果时间t取得足够小,公式P=Fvcosα中的v表示某一时刻的瞬时速度时,P表示该时刻的瞬时功率。
3.对公式P=Fv的讨论
【做一做】
在P=Fv中,速度v是物体的平均速度,所以这里的功率P是指从计时开始到时刻t的平均功率。实际上,这个关系式也反映了瞬时速度与瞬时功率的关系。你可以试着推导这个结论。要注意下面两点。
(1)如果Δt时间内做的功是ΔW,那么当Δt很短时,表示的就是瞬时功率。
(2)如果力的大小是F,在上述Δt时间内,在力的方向上发生的位移是Δl,那么,力F做的功是ΔW=FΔl。
从P=Fv可以看出,汽车、火车等交通工具和各种起重机械,当发动机的功率P一定时,牵引力F与速度v成反比,要增大牵引力,就要减小速度。
汽车发动机的转动通过变速箱中的齿轮传递到车轮上,转速比可以通过变速杆来改变。发动机输出的功率不能无限制地增大,所以汽车上坡时,司机要用"换挡"的办法减小速度,来得到较大的牵引力。在平直公路上,汽车受到的阻力较小,这时就可以使用高速挡,在发动机功率相同的情况下可以使汽车获得较高的速度。
然而,在发动机功率一定时,通过减小速度提高牵引力或通过减小牵引力而提高速度,效果都是有限的。所以,要提高速度和增大牵引力,必须提高发动机的额定功率,这就是高速火车、汽车和大型舰船需要大功率发动机的原因。
①当功率P一定时,F与v成反比,即做功的力越大,其速度就越小。
当交通工具的功率一定时,要增大牵引力,就要减小速度。所以汽车上坡时,司机用换档的办法减小速度来得到较大的牵引力。
②当速度v一定时,P与F成正比,即做功的力越大,它的功率就越大。
汽车从平路到上坡时,若要保持速率不变,必须加大油门,增大发动机功率来得到较大的牵引力。