在 100 公尺短跑項目中,每名運動員同樣要完成 100 \(\text{m}\) 直線距離的賽跑,過程中需要作功。有些運動員因作功很快、跑得快些;而有些運動員的作功卻慢一點、跑得沒那麼快()。運動員完成一定量的功需要的時間愈短,其輸出的功率 (power) 便愈大。簡言之:
功率是作功的快慢,或是在單位時間內所作的功。
事實上,短跑運動員總需在短時間內消耗大量的能量;相比起來,長跑運動員則於很長一段時間內維持著適度的能量輸出。前述這個比較,我們關注的也並非作功或能量消耗的多寡,而是能量消耗的速率!
再看以下例子:如果我們要從地面沿斜坡前往高一層,不管是漫步上去還是跑上去的,所作的功其實都相同(等於增加的重力勢能)。然而,若我們是跑上去的話,因為作功得比較快,即是功率會比較大。
再者,當我們以較高的速率跑上斜坡至同一高度後,也往往會覺得較疲累()。由於快些還是慢些抵達高一層、也作了一樣多的功,顯然這告訴我們,原來運動後疲累感覺之大小,是會跟作功的快慢,即與功率有關的!
試考慮的情境:開始時,兩件同等質量和大小的石塊原本位於山坡上的同一水平高度(位置 A),現分別由一輛汽車與一頭驢子以輕繩拉上斜坡。經過若干時間,兩件石塊皆沿斜坡被拉至終點(位置 B)。換言之,它們有相同的位移變化 \(s\)。考慮石塊以勻速被拉上斜坡、汽車較驢子能以更快的速度拉石塊。設 \({{F}_{car}}\) 和 \({{F}_{donkey}}\) 分別是汽車與驢子沿 \(s\) 方向上的拉石塊的力、過程中維持不變。如果期間兩石塊所受的阻力(如地面的摩擦力)相同,便表明 \({{F}_{car}}\) = \({{F}_{donkey}}\)。由於汽車和驢子所作的功分別是 "\({{F}_{car}}\)\(s\)" 和 "\({{F}_{donkey}}\)\(s\)",即汽車和驢子所作的功是相同的。
便比較了汽車和驢子把石塊拉上斜坡的過程,顯示:
雖然汽車所作的功和驢子所作的相同,汽車卻以較快的勻速率拉石塊,所以汽車抵達位置 B 所需的時間較短。由於功率是作功的快慢,或是在單位時間內所作的功。由此可知:
汽車比驢子有較大的功率輸出。
掌握了功率輸出的比較後,下一節開始,我們會以定量方法來表示功率。