Võimsus

Võimsuseks nimetatakse füüsikalist suurust, mis on võrdne ajaühikus tehtud tööga.

Valemina:

Võimsuse ühikuks on üks vatt (1 W). Võimsus on 1 W, kui sekundis tehtud töö on 1 J. Sagedamini kasutatavad ühikud on 1 kW = 10³ W ja 1 MW = 10⁶ W. Ühikule on antud nimetus inglise mehaaniku James Watti auks.

Veiko tahtis osta mootorsaagi. Milliste näitajate järgi saagi valida? Kaupluses küsiti, millist tööd on kavas saega teha. Pärast lühikest arutelu pakkus konsultant, et võimsus peaks olema vähemalt 3 kW. Veiko arvas, et 2 kW peaks piisama. Ta oli varem töötanud saega, millel oli võimsust ainult 1,5 kW. „Jõudu jääb väheseks, teil läheb jämeda puu lõikamisel tüütuseni kaua aega,” ütles konsultant ja näitas erinevate saagide tööd. 3 kW-ne saag lõikas palgi läbi umbes kaks korda lühema ajaga kui 1,5 kW-ne. Kuna Veikol oli vaja lõigata ka jämedamaid palke, ostis ta 3 kW-se sae.

Sellest näitest näeme, et ühe ja sama töö tegemiseks kulub erineva võimsusega tööriistaga erinevalt aega. Nii lõikas 3 kW-ne saag palgi läbi kaks korda lühema ajaga kui poole väiksema võimsusega saag.

Mootorite ja seadmete korral räägitakse nende nimivõimsusest. Nimivõimsus tähendab seda, et seade on arvestatud seadmele märgitud võimsusega töötamiseks. Seade võib töötada alakoormusega, sel juhul on võimsus tema nimivõimsusest väiksem. Teatud määral on lubatud mootorit ka üle koormata, siis arendab mootor nimivõimsusest suuremat võimsust.

Elektrimootoriga jalgratta tehnilise passi andmetel on mootori nimivõimsus kiirusel 25 km/h ligikaudu 250 W.

Kaherattalised sõidukid loetakse mopeediks, kui nende mootori nimivõimsus on vahemikus 0,25 kW kuni 4 kW.

Mootorrattad jagatakse klassidesse mootori nimivõimsuse järgi: A1 – võimsus ei ületa 11 kW; A2 – võimsus ei ületa 25 kW; A – võimsus on üle 25 kW.

Sõiduautode mootorite nimivõimsus on alates mõnekümnest kilovatist mitmesaja kilovatini. Murutraktori mootori nimivõimsus on ligikaudu 10 kW.

Fotodel kujutatud masinatel on ligikaudu ühesuuruse nimivõimsusega mootorid. Traktor veab raskeid koormaid, auto sõidab kiiresti. Ühe tunni jooksul teevad need aga sama võimsuse rakendamisel ühepalju tööd. Traktor arendab suurt veojõudu, kuid läbib väikese teepikkuse, auto veojõud on väike, kuid seevastu läbitud teepikkus on suur.

Inimese korral võime samuti rääkida võimsusest. Trepist võib üles liikuda erineva kiirusega. Kui tõusmise kõrgus on sama, siis arendad erinevat võimsust. Joostes on see kordades suurem kui trepist aeglaselt tõustes.

Meriti töökohas on vaja sageli käia treppi mööda ühelt korruselt teisele. Teda hakkas huvitama, kui suure töö ta trepist tõustes teeb. Korruse võrra tõusmisel tehtud töö arvutamiseks Merit:

• mõõtis trepiastme kõrguse, korrutas selle astmete arvuga ja sai tõusu kõrguse;
• kaalus ennast ära; korrutas enda massi teguriga g ja sai raskusjõu, mille vastu ta trepist tõusmisel tööd teeb;
• korrutas raskusjõu ja tõusu kõrguse.

Ülemus nägi Meriti toimetamisi pealt ja lausus: „Teeme võistluse, kes suudab arendada trepijooksul suuremat võimsust.” Merit oli nõus ja lepiti kokku järgmisel päeval võistelda.

Meriti võimsus trepijooksul oli 600 W.

Võimsuse definitsioonist näeme, et tööd saab avaldada võimsuse kaudu: A = Nt. Siit võime soovi korral anda tööühiku võimsusühiku kaudu: 1 J = 1 W∙s. Seetõttu on võimalikuks tööühikuks ka 1 vattsekund (1 W∙s). Selline tööühik on otstarbekas siis, kui meil on kindla võimsusega seade, mis töötab kindla aja. Töö arvutamiseks peame korrutama võimsuse vastava ajaga. Töötagu seade võimsusega 1 kW tund aega, siis on tehtud töö 1 kW∙h (kilovatt-tund). Džaulideks teisendamiseks tuleb 1 kW = 1000 W korrutada ajaga 1 h = 3600 s, tulemuseks saame, et 1 kW∙h = 3,6 ∙ 10⁶ J. Kilovatt-tund on meil kasutusel näiteks tarbitud elektrienergia mõõtmisel.

Aurumasinate kasutusele võtmisega tekkis küsimus, kuidas nende tööd ajaliselt hinnata. Kuna aurumasinaid kasutati töödel, mida varem tehti hobuste jõul, siis oli loomulik hakata masina tööd võrdlema hobuse poolt tehtud tööga. Kui masina poolt teatud aja jooksul tehtud töö oli võrdne 7 hobuse poolt sama aja jooksul tehtud tööga, siis öeldi, et masina võimsus on 7 hobujõudu. Aja jooksul kujunes nii võimsuse ühik hobujõud (1 hj). Tänapäeva võimsusühikutes avaldub hobujõud järgmiselt: 1 hj ≈ 735 W. Seda ühikut kasutatakse veel tänapäevalgi, aga peamiselt mootorsõidukite võimsuse hindamiseks.

Aurumasina aurukatlas aetakse vesi kivisütt põletades keema. Eralduv kõrge rõhu all olev aur paneb liikuma kolvid. Töökindlate aurumasinate leiutamine 18. ja 19. sajandi vahetusel tõi kaasa pöörde tootmises ja transpordis, mida nimetatakse tööstus­revolutsiooniks. Mitme tuhande hobujõulise võimsusega auruvedurid olid laialdaselt kasutusel veel eelmise sajandi keskpaigaski.

1. Vasta õppetüki alguses olevatele küsimustele.
2. Koosta juhend võimsuse määramiseks trepijooksul. Määra enda võimsus trepijooksul.