Формула мощность момент: гидравлика, гидравлические оборудование, пневматические оборудование, смазочное оборудование, фильтры

Содержание

Ошибка

  • Автомобиль — модели, марки
  • Устройство автомобиля
  • Ремонт и обслуживание
  • Тюнинг
  • Аксессуары и оборудование
  • Компоненты
  • Безопасность
  • Физика процесса
  • Новичкам в помощь
  • Приглашение
  • Официоз (компании)
  • Пригородные маршруты
  • Персоны
  • Наши люди
  • ТЮВ
  • Эмблемы
  •  
  • А
  • Б
  • В
  • Г
  • Д
  • Е
  • Ё
  • Ж
  • З
  • И
  • Й
  • К
  • Л
  • М
  • Н
  • О
  • П
  • Р
  • С
  • Т
  • У
  • Ф
  • Х
  • Ц
  • Ч
  • Ш
  • Щ
  • Ъ
  • Ы
  • Ь
  • Э
  • Ю
  • Я
Навигация
  • Заглавная страница
  • Сообщество
  • Текущие события
  • Свежие правки
  • Случайная статья
  • Справка
Личные инструменты
  • Представиться системе
Инструменты
  • Спецстраницы
Пространства имён
  • Служебная страница
Просмотры

    Перейти к: навигация,
    поиск

    Запрашиваемое название страницы неправильно, пусто, либо неправильно указано межъязыковое или интервики название. Возможно, в названии используются недопустимые символы.

    Возврат к странице Заглавная страница.

    Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.

    Мощность в физике — обозначение, формулы и примеры

    Определение мощности

    Допустим, нам необходимо убрать урожай пшеницы с поля площадью 100 га. Это можно сделать вручную или с помощью комбайна. Очевидно, что пока человек обработает 1 га площади, комбайн успеет сделать намного больше. В данном случае разница между человеком и техникой — именно то, что называют мощностью. Отсюда вытекает первое определение.

    Мощность в физике — это количество работы, которая совершается за единицу времени.

    Рассмотрим другой пример: между точкой А и точкой Б расстояние 15 км, которое человек проходит за 3 часа, а автомобиль может проехать всего за 10 минут. Понятно, что одно и то же количество работы они сделают за разное время. Что показывает мощность в данном случае? Как быстро или с какой скоростью выполняется некая работа.

    В электромеханике эта величина имеет еще одно определение.

    Мощность — это скалярная физическая величина, которая характеризует мгновенную скорость передачи энергии от системы к системе или скорость преобразования, изменения, потребления энергии.

    Напомним, что скалярными величинами называются те, значение которых выражается только числом (без вектора направления).

    Мощность человека в зависимости от деятельности

    Вид деятельности

    Мощность, Вт

    Неспешная ходьба

    60–65

    Бег со скоростью 9 км/ч

    750

    Плавание со скоростью 50 м/мин

    850

    Игра в футбол

    930

    Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

    Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

    Как обозначается мощность: единицы измерения

    В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.

    Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.

    В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.

    Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.

    В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.

    Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

    Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. 🐴

    Единицы измерения

    Вт

    1 ватт

    1

    1 киловатт

    103

    1 мегаватт

    106

    1 эрг в секунду

    10-7

    1 метрическая лошадиная сила

    735,5

    Подготовка к ОГЭ по физике онлайн поможет снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

    Все формулы мощности

    Зная определения, несложно понять формулы мощности, используемые в разных разделах физики — в механике и электротехнике.

    В механике

    Механическая мощность (N) равна отношению работы ко времени, за которое она была выполнена.

    Основная формула:

    N = A / t, где A — работа, t — время ее выполнения.

    Если вспомнить, что работой называется произведение модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними, мы получим формулу измерения работы.

    Если направления модуля приложения силы и модуля перемещения объекта совпадают, угол будет равен 0 градусов, а его косинус равен 1. В таком случае формулу можно упростить:

    A = F × S

    Используем эту формулу для вычисления мощности:

    N = A / t = F × S / t = F × V

    В последнем выражении мы исходим из того, что скорость (V) равна отношению перемещения объекта на время, за которое это перемещение произошло.

    В электротехнике

    В общем случае электрическая мощность (P) говорит о скорости передачи энергии. Она равна произведению напряжения на участке цепи на величину тока, проходящего по этому участку.

    P = I × U, где I — напряжение, U — сила тока.

    В электротехнике существует несколько видов мощности: активная, реактивная, полная, пиковая и т. д. Но это тема отдельного материала, сейчас же мы потренируемся решать задачи на основе общего понимания этой величины. Посмотрим, как найти мощность, используя вышеуказанные формулы по физике.

    Задача 1

    Допустим, человек поднимает ведро воды из колодца, прикладывая силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а время, необходимое для поднятия — 30 сек. Какова будет мощность человека в этом случае?

    Решение:

    Найдем вначале величину работы, используя тот факт, что мы знаем расстояние перемещения (глубину колодца 10 м) и приложенную силу 60 Н.

    A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

    Когда известно значение работы и времени, найти мощность несложно:

    N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

    Ответ: мощность человека при поднятии ведра — 20 ватт.

    Задача 2

    В комнате включена лампа мощностью 100 Вт. Напряжение домашней электросети — 220 В. Какая сила тока проходит через эту лампу?

    Решение:

    Мы знаем, что Р = 100 Вт, а U = 220 В.

    Поскольку P = I × U, следовательно I = P / U.

    I = 100 / 220 = 0,45 А.

    Ответ: через лампу пройдет сила тока 0,45 А.

    Бесплатные занятия по английскому с носителем

    Занимайтесь по 15 минут в день. Осваивайте английскую грамматику и лексику. Сделайте язык частью жизни.

    Вопросы для самопроверки

    1. Что характеризует механическая мощность?

    2. Какие существуют единицы измерения мощности в физике?

    3. Какая из единиц измерения считается устаревшей?

    4. Мощность можно назвать скалярной величиной? Что это означает?

    5. Как из формулы нахождения мощности получить работу?

    6. Какой буквой обозначается мощность в механике, а какой — в электротехнике?

    7. Какую работу производит за 30 минут устройство мощностью 600 Вт?

    8. Как узнать напряжение в сети, если мы знаем мощность подключенного к ней прибора и силу тока, проходящую через прибор?

    9. Если в течение 1 часа автомобиль №1 едет со скоростью 60 км/ч, а автомобиль №2 — со скоростью 90 км/ч, одинаковую ли мощность они развивают в это время?

    10. Допустим, автобус отвез пассажиров из города А в город В за 1 час. Если он планирует вернуться в город А пустым по той же трассе и потратить на это 1 час, ему понадобится развить такую же мощность или меньшую?

    10.4 Момент инерции и кинетическая энергия вращения — University Physics Volume 1

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Описать различия между вращательной и поступательной кинетической энергией
    • Определить физическую концепцию момента инерции в терминах распределения массы относительно оси вращения
    • Объясните, как момент инерции твердых тел влияет на их кинетическую энергию вращения
    • Использование закона сохранения механической энергии для анализа систем, подвергающихся как вращению, так и поступательному перемещению
    • Расчет угловой скорости вращающейся системы при наличии потерь энергии из-за неконсервативных сил

    До сих пор в этой главе мы работали с кинематикой вращения: описанием движения вращающегося твердого тела с фиксированной осью вращения. В этом разделе мы определяем две новые величины, полезные для анализа свойств вращающихся объектов: момент инерции и кинетическую энергию вращения. Определив эти свойства, мы получим два важных инструмента, необходимых для анализа динамики вращения.

    Кинетическая энергия вращения

    Любой движущийся объект обладает кинетической энергией. Мы знаем, как вычислить это для тела, совершающего поступательное движение, но как насчет твердого тела, совершающего вращательное движение? Это может показаться сложным, потому что каждая точка твердого тела имеет разную скорость. Однако мы можем использовать угловую скорость, которая одинакова для всего твердого тела, чтобы выразить кинетическую энергию вращающегося объекта. На рис. 10.17 показан пример очень энергичного вращающегося тела: электрический точильный камень, приводимый в движение двигателем. Когда точильный камень выполняет свою работу, летят искры, возникают шум и вибрация. Эта система обладает значительной энергией, частично в виде тепла, света, звука и вибрации. Однако большая часть этой энергии находится в форме кинетической энергии вращения.

    Рисунок
    10.17

    Кинетическая энергия вращения точильного камня преобразуется в тепло, свет, звук и вибрацию. (кредит: Закари Дэвид Белл, ВМС США)

    Энергия вращательного движения не является новой формой энергии; скорее, это энергия, связанная с вращательным движением, такая же, как кинетическая энергия при поступательном движении. Однако, поскольку кинетическая энергия определяется выражением K=12mv2K=12mv2, а скорость — это величина, разная для каждой точки тела, вращающегося вокруг оси, имеет смысл найти способ записать кинетическую энергию через переменную ωω , который одинаков для всех точек на твердом вращающемся теле. Для одиночной частицы, вращающейся вокруг фиксированной оси, это легко вычислить. Мы можем связать угловую скорость с величиной поступательной скорости, используя соотношение vt=ωrvt=ωr, где r — расстояние частицы от оси вращения, а vtvt — ее тангенциальная скорость. Подставляя в уравнение кинетической энергии, находим

    K=12mvt2=12m(ωr)2=12(mr2)ω2.K=12mvt2=12m(ωr)2=12(mr2)ω2.

    В случае твердого вращающегося тела мы можем разделить любое тело на большое количество меньших масс, каждая с массой mjmj и расстоянием до оси вращения rjrj, так что полная масса тела равна сумма отдельных масс: M=∑jmjM=∑jmj. Каждая меньшая масса имеет тангенциальную скорость vjvj, где мы опустили нижний индекс 9.0027 т на данный момент. Полная кинетическая энергия твердого вращающегося тела равна

    К=∑j12mjvj2=∑j12mj(rjωj)2K=∑j12mjvj2=∑j12mj(rjωj)2

    , а поскольку ωj=ωωj=ω для всех масс,

    К=12(∑jmjrj2)ω2.K=12(∑jmjrj2)ω2.

    10.16

    Единицами уравнения 10.16 являются джоули (Дж). Уравнение в этой форме полное, но неудобное; нам нужно найти способ обобщить его.

    Момент инерции

    Если мы сравним уравнение 10.16 с тем, как мы записали кинетическую энергию в работе и кинетической энергии, (12mv2)(12mv2), это предполагает, что у нас есть новая вращательная переменная, которую нужно добавить в наш список отношений между вращательными и поступательными переменными. Величина ∑jmjrj2∑jmjrj2 соответствует массе в уравнении для кинетической энергии вращения. Это важный новый термин для вращательного движения. Эта величина называется моментом инерции I , с единицами кг·м2 кг·м2:

    I=∑jmjrj2.I=∑jmjrj2.

    10.17

    Пока оставим выражение в виде суммирования, представляющее момент инерции системы точечных частиц, вращающихся вокруг неподвижной оси. Заметим, что момент инерции отдельной точечной частицы относительно неподвижной оси равен просто mr2mr2, где r — это расстояние от точечной частицы до оси вращения. В следующем разделе мы исследуем интегральную форму этого уравнения, которую можно использовать для расчета момента инерции некоторых твердых тел правильной формы.

    Момент инерции есть количественная мера инерции вращения, как и в поступательном движении, а масса есть количественная мера линейной инерции, т. е. чем массивнее объект, тем больше у него инерция и тем больше его сопротивление изменению линейной скорости. Аналогично, чем больше момент инерции твердого тела или системы частиц, тем больше их сопротивление изменению угловой скорости относительно неподвижной оси вращения. Интересно посмотреть, как меняется момент инерции в зависимости от r, расстояние до оси вращения массовых частиц в уравнении 10.17. Твердые тела и системы частиц с большей массой, сосредоточенные на большем расстоянии от оси вращения, обладают большими моментами инерции, чем тела и системы той же массы, но сосредоточенные вблизи оси вращения. Таким образом, мы можем видеть, что полый цилиндр имеет большую инерцию вращения, чем сплошной цилиндр той же массы при вращении вокруг оси, проходящей через центр. Подставляя уравнение 10.17 в уравнение 10.16, выражение для кинетической энергии вращающегося твердого тела принимает вид

    К=12Iω2.K=12Iω2.

    10.18

    Из этого уравнения видно, что кинетическая энергия вращающегося твердого тела прямо пропорциональна моменту инерции и квадрату угловой скорости. Это используется в устройствах накопления энергии маховика, которые предназначены для накопления большого количества кинетической энергии вращения. Многие автопроизводители в настоящее время испытывают в своих автомобилях накопители энергии маховика, такие как маховик или система рекуперации кинетической энергии, показанные на рис. 10.18.

    Рисунок
    10.18

    Маховик KERS (система рекуперации кинетической энергии), используемый в автомобилях. (кредит: «cmonville»/Flickr)

    Вращательные и поступательные величины кинетической энергии и инерции приведены в таблице 10.4. Столбец отношения не включен, поскольку не существует константы, на которую можно было бы умножить вращательную величину, чтобы получить поступательную величину, как это можно сделать для переменных в таблице 10.3.

    Поворотный Трансляционное
    I=∑jmjrj2I=∑jmjrj2 мм
    К=12Iω2K=12Iω2 К=12мв2К=12мв2

    Стол
    10. 4

    Вращательная и поступательная кинетическая энергия и инерция

    Пример
    10,8

    Момент инерции системы частиц

    На стержне ничтожной массы и длины 0,5 м на расстоянии 10 см друг от друга расположены шесть маленьких шайб. Масса каждой шайбы 20 г. Стержень вращается вокруг оси, расположенной на расстоянии 25 см, как показано на рис. 10.19.. а) Чему равен момент инерции системы? б) Если убрать две ближние к оси шайбы, каков будет момент инерции оставшихся четырех шайб? в) Если система с шестью шайбами ​​вращается со скоростью 5 об/с, какова ее кинетическая энергия вращения?

    Рисунок
    10.19

    Шесть шайб расположены на расстоянии 10 см друг от друга на стержне незначительной массы, вращающемся вокруг вертикальной оси.

    Стратегия
    1. Мы используем определение момента инерции для системы частиц и выполняем суммирование для оценки этой величины. Все массы одинаковы, поэтому мы можем поставить это количество перед символом суммирования.
    2. Делаем аналогичный расчет.
    3. Подставляем результат (а) в выражение для кинетической энергии вращения.
    Раствор
    1. I=∑jmjrj2=(0,02 кг)(2×(0,25 м)2+2×(0,15 м)2+2×(0,05 м)2)=0,0035 кг·м2I=∑jmjrj2=( 0,02 кг)(2×(0,25 м)2+2×(0,15 м)2+2×(0,05 м)2)=0,0035 кг·м2.
    2. I=∑jmjrj2=(0,02 кг)(2×(0,25 м)2+2×(0,15 м)2)=0,0034 кг·м2I=∑jmjrj2=(0,02 кг)(2×(0,25 м)2+2 ×(0,15 м)2)=0,0034 кг·м2.
    3. K=12Iω2=12(0,0035кг·м2)(5,0×2πрад/с)2=1,73JK=12Iω2=12(0,0035кг·м2)(5,0×2πрад/с)2=1,73Дж.
    Значение

    Мы можем видеть индивидуальные вклады в момент инерции. Массы вблизи оси вращения вносят очень небольшой вклад. Когда мы их убрали, это очень мало повлияло на момент инерции.

    В следующем разделе мы обобщим уравнение суммирования для точечных частиц и разработаем метод расчета моментов инерции твердых тел. Однако пока на рис. 10.20 приведены значения инерции вращения для обычных форм объектов вокруг заданных осей.

    Рисунок
    10.20

    Значения инерции вращения для обычных форм объектов.

    Применение кинетической энергии вращения

    Теперь давайте применим идеи вращательной кинетической энергии и таблицу моментов инерции, чтобы получить представление об энергии, связанной с несколькими вращающимися объектами. Следующие примеры также помогут вам освоиться с этими уравнениями. Во-первых, давайте рассмотрим общую стратегию решения проблем с вращательной энергией.

    Стратегия решения проблем

    Энергия вращения
    1. Определите, какая энергия или работа связана с вращением.
    2. Определить интересующую систему. Эскиз обычно помогает.
    3. Проанализируйте ситуацию, чтобы определить виды работы и энергии.
    4. Если нет потерь энергии на трение и другие неконсервативные силы, механическая энергия сохраняется, т. е. Ki+Ui=Kf+UfKi+Ui=Kf+Uf.
    5. Если присутствуют неконсервативные силы, механическая энергия не сохраняется, и другие формы энергии, такие как тепло и свет, могут входить в систему или выходить из нее. Определите, каковы они, и рассчитайте их по мере необходимости.
    6. Удалите термины везде, где это возможно, чтобы упростить алгебру.
    7. Оцените численное решение, чтобы увидеть, имеет ли оно смысл в физической ситуации, представленной в формулировке задачи.

    Пример
    10,9

    Расчет энергии вертолета

    Типичный небольшой спасательный вертолет имеет четыре лопасти: каждая имеет длину 4,00 м и массу 50,0 кг (рис. 10.21). Лопасти можно представить как тонкие стержни, которые вращаются вокруг одного конца оси, перпендикулярной их длине. Вертолет имеет полную загруженную массу 1000 кг. а) Рассчитайте кинетическую энергию вращения лопастей, когда они вращаются со скоростью 300 об/мин. (b) Рассчитайте поступательную кинетическую энергию вертолета, когда он летит со скоростью 20,0 м/с, и сравните ее с энергией вращения лопастей.

    Рисунок
    10.21

    (а) Эскиз четырехлопастного вертолета. b) спасательная операция на воде с участием вертолета Оклендской спасательной вертолетной службы Westpac. (кредит b: модификация работы «111 Emergency»/Flickr)

    Стратегия

    Вращательная и поступательная кинетическая энергия может быть рассчитана по их определениям. Формулировка задачи дает все необходимые константы для вычисления выражений для вращательной и поступательной кинетических энергий.

    Решение
    1. Кинетическая энергия вращения

      К=12Iω2.K=12Iω2.

      Мы должны преобразовать угловую скорость в радианы в секунду и вычислить момент инерции, прежде чем мы сможем найти K . Угловая скорость ωω равна

      ω=300об1,00мин2πрад1 об1,00мин60,0с=31,4рад. ω=300об1,00мин2πрад1 об1,00мин60,0с=31,4рад.

      Момент инерции одной лопасти равен моменту инерции тонкого стержня, вращающегося вокруг своего конца, как показано на рис. 10.20. Сумма I в четыре раза больше этого момента инерции, потому что лопастей четыре. Таким образом,

      I=4Ml23=4×(50,0 кг)(4,00 м)23=1067,0 кг·м2.I=4Ml23=4×(50,0 кг)(4,00 м)23=1067,0 кг·м2.

      Ввод ωω и I в выражение для кинетической энергии вращения дает

      K=0,5(1067 кг·м2)(31,4 рад/с)2=5,26×105 Дж. K=0,5(1067 кг·м2)(31,4 рад/с)2=5,26×105 Дж.

    2. Подставляя данные значения в уравнение для поступательной кинетической энергии, получаем

      K=12mv2=(0,5)(1000,0 кг)(20,0 м/с)2=2,00×105 Дж. K=12mv2=(0,5)(1000,0 кг)(20,0 м/с)2=2,00×105 Дж.

      Для сравнения кинетических энергий мы берем отношение кинетической энергии поступательного движения к кинетической энергии вращения. Это соотношение

      2,00×105J5,26×105J=0,380,2,00×105J5,26×105J=0,380.

    Значение

    Отношение поступательной энергии к кинетической энергии вращения составляет всего 0,380. Это соотношение говорит нам о том, что большая часть кинетической энергии вертолета приходится на его вращающиеся лопасти.

    Пример
    10.10

    Энергия в бумеранге

    Человек подбрасывает в воздух бумеранг со скоростью 30,0 м/с под углом 40,0°40,0° к горизонту (рис. 10.22). Он имеет массу 1,0 кг и вращается со скоростью 10,0 об/с. Момент инерции бумеранга равен I=112mL2I=112mL2, где L=0,7mL=0,7м. а) Чему равна полная энергия бумеранга, когда он покидает руку? б) На какую высоту поднимется бумеранг от высоты руки, если пренебречь сопротивлением воздуха?

    Рисунок
    10.22

    Бумеранг брошен в воздух под начальным углом 40°40°.

    Стратегия

    Мы используем определения вращательной и линейной кинетической энергии, чтобы найти полную энергию системы. Задача состоит в том, чтобы пренебречь сопротивлением воздуха, поэтому нам не нужно беспокоиться о потерях энергии. В части (b) мы используем закон сохранения механической энергии, чтобы найти максимальную высоту бумеранга.

    Раствор
    1. Момент инерции: I=112 мл2=112(1,0 кг)(0,7 м)2=0,041 кг·м2I=112 мл2=112(1,0 кг)(0,7 м)2=0,041 кг·м2.
      Угловая скорость: ω=(10,0об/с)(2π)=62,83рад/сω=(10,0об/с)(2π)=62,83рад/с.
      Таким образом, кинетическая энергия вращения равна

      KR=12(0,041кг·м2)(62,83рад/с)2=80,93Дж.KR=12(0,041кг·м2)(62,83рад/с)2=80,93Дж.

      Поступательная кинетическая энергия

      КТ=12мв2=12(1,0кг)(30,0м/с)2=450,0Дж.КТ=12мв2=12(1,0кг)(30,0м/с)2=450,0Дж.

      Таким образом, полная энергия бумеранга равна

      KTotal=KR+KT=80,93+450,0=530,93J.KTotal=KR+KT=80,93+450,0=530,93J.

    2. Мы используем закон сохранения механической энергии. Поскольку бумеранг запускается под углом, нам нужно записать полные энергии системы через ее линейные кинетические энергии, используя скорость в x — и y — направления. Полная энергия, когда бумеранг покидает руку, равна

      EBefore=12mvx2+12mvy2+12Iω2.EBefore=12mvx2+12mvy2+12Iω2.

      Полная энергия на максимальной высоте равна

      EFinal=12mvx2+12Iω2+mgh.EFinal=12mvx2+12Iω2+mgh.

      По закону сохранения механической энергии EBefore=EFinalEBefore=EFinal, поэтому после сокращения подобных членов мы имеем

      12mvy2=мгх.12mvy2=мгх.

      Поскольку vy=30,0 м/с(sin40°)=19,28 м/svy=30,0 м/с(sin40°)=19,28 м/с, находим

      ч=(190,28 м/с)22(9,8 м/с2)=18,97 м.ч=(19,28 м/с)22(9,8 м/с2)=18,97 м.

    Значение

    В части (b) решение демонстрирует, как сохранение энергии является альтернативным методом решения проблемы, которая обычно решается с использованием кинематики. При отсутствии сопротивления воздуха кинетическая энергия вращения не учитывалась в решении для максимальной высоты.

    Проверьте свое понимание
    10.4

    Винт атомной подводной лодки имеет момент инерции 800,0 кг·м2800,0 кг·м2. Если погружной гребной винт имеет скорость вращения 4,0 об/с при выключенном двигателе, какова будет скорость вращения гребного винта через 5,0 с, когда сопротивление воды уберет из системы 50 000 Дж?

    Понимание отношений между двумя, EPI Inc.

    WHAT’S
    NEW
    HERE ?EPI
    Products
    and Services

    Technical Articles and Product Descriptions

    Mechanical Engineering FundamentalsPiston
    Engine
    TechnologyEPI
    Engine
    ProjectsAircraft
    Engine
    ConversionsDetailed
    Gearbox TechnologyEPI
    Gearbox
    ProjectsAircraft
    Propeller
    TechnologySpecial
    Purpose
    SystemsRotorWay
    Helicopter
    Issues

    Reference Materials

    EPI
    Reference
    LibraryEPI Manuals
    and
    PublicationsSome
    Interesting
    Links

    Additional Products

    Stuff
    For Sale
    (occasionally)

     

     

    Журнал Race Engine Technology

    ВВЕДЕНИЕ в Race Engine TechnologyПОДПИСАТЬСЯ
    на Race Engine TechnologyДОСТУПНО
    НАЗАД
    ВОПРОСЫ

     

    Последнее обновление:

    Последнее обновление: 11 марта 2011 г.

    ПРИМЕЧАНИЕ. Все наши продукты, конструкции и услуги являются УСТОЙЧИВЫМИ, ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗГЛЮТЕНОВЫМИ, НЕ СОДЕРЖАТ ГМО и не будут
    расстраивать чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА или деликатные ЧУВСТВА

    Чтобы обсуждать силовые установки в любой степени, важно понимать концепции МОЩНОСТЬ и КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ .

    ОДНАКО для понимания МОЩНОСТЬ , вы должны сначала понять ЭНЕРГИЯ и РАБОТА .

    Если вы какое-то время не рассматривали эти концепции, было бы полезно сделать это перед изучением этой статьи.
    НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы просмотреть обзор «Энергия и работа».

    Часто кажется, что люди не понимают отношения между МОЩНОСТЬЮ и КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ. Например, мы слышали двигатель
    строители
    , консультанты по распределительным валам и другие « технические специалисты» спросите у клиентов:

    «Вы хотите, чтобы ваш двигатель развивал МОЩНОСТЬ или КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?»

    И вопрос обычно задается тоном, который убедительно свидетельствует о том, что эти «эксперты» считают, что мощность и крутящий момент
    как-то взаимоисключающие.

    На самом деле все наоборот, и вы должны четко понимать следующие факты:

    1. МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТЫ) зависит от КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ и ОБ/МИН .
    2. МОМЕНТ и RPM — ИЗМЕРЕННЫЕ величины мощности двигателя.
    3. МОЩНОСТЬ РАСЧИТЫВАЕТСЯ по крутящему моменту и частоте вращения по следующему уравнению:
    л.с. = крутящий момент x об/мин ÷ 5252

    (внизу этой страницы показан вывод этого уравнения для всех, кто интересуется). количество КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ на нагрузку
    в данный об/мин . Величина КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, который может развить двигатель, обычно зависит от оборотов.

    КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ

    КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ определяется как СИЛА вокруг заданной точки, приложенная на РАДИУС от этой точки. Обратите внимание, что единица
    КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ равен одному фунт-фут (часто неверно указывается), в то время как единица РАБОТА равна одному фут-фунт .

    Рисунок 1

    Ссылаясь на Рисунок 1 , предположим, что рукоятка прикреплена к кривошипу так, что она параллельна поддерживаемой
    вала и расположен в радиусе 12 дюймов от центра вала. В этом примере рассмотрим вал равным исправил в
    стена. Пусть стрелка представляет собой силу в 100 фунтов, приложенную в направлении, перпендикулярном рукоятке и кривошипу, как показано на рисунке.

    Поскольку вал прикреплен к стене, вал не вращается, но есть крутящий момент , равный 100 фунт-фут (100 фунтов
    раз 1 фут) применяется к валу.

    ПРИМЕЧАНИЕ о том, что ЕСЛИ кривошип на эскизе был в два раза длиннее (т. е. рукоятка располагалась на расстоянии 24 дюйма от центра
    вал), то же самое усилие в 100 фунтов, приложенное к рукоятке, произвело бы 200 крутящего момента (100 фунтов на 2 фута).

    МОЩНОСТЬ

    МОЩНОСТЬ является мерой того, сколько РАБОТЫ можно выполнить за указанное ВРЕМЯ. В примере на
    Страница «Работа и энергия», парень, толкавший машину, проехал 16 500 футо-фунтов.
    РАБОТА . Если бы он проделал эту работу за две минуты, он произвел бы 8250 футо-фунтов в минуту МОЩНОСТИ (165 футов x 100
    фунтов ÷ 2 минуты). Если вам неясны понятия РАБОТЫ и ЭНЕРГИИ, было бы полезно просмотреть эти понятия.
    ЗДЕСЬ.

    Точно так же, как одна тонна представляет собой большое количество веса (по определению, 2000 фунтов), одна лошадиных силы
    это большая мощность. Определение одной лошадиной силы: 33 000 фут-фунтов в минуту . Сила, которую произвел парень
    толкая свою машину через участок (8 250 фут-фунтов в минуту), это равно ¼ лошадиной силы (8 250 ÷ 33 000).

    Хорошо, все хорошо, но как толкание машины через парковку связано с вращающимся механизмом?

    Рассмотрим следующее изменение в эскизе с рукояткой и кривошипом выше. Ручка по-прежнему находится в 12 дюймах от центра
    вал, но теперь вместо того, чтобы крепиться к стене, вал теперь проходит сквозь стену, опираясь на подшипники качения, и
    прикреплен к генератору за стеной.

    Предположим, как показано на рис. 2 , что постоянная сила в 100 фунтов. каким-то образом применяется к ручке, так что
    сила всегда перпендикулярна как рукоятке, так и кривошипу, когда кривошип вращается. Другими словами, «стрелка».
    вращается вместе с рукояткой и остается в том же положении относительно кривошипа и рукоятки, как показано в приведенной ниже последовательности.
    (Это называется «тангенциальной силой»).

    Рисунок 2

    Если эта постоянная касательная сила в 100 фунтов, приложенная к 12-дюймовой рукоятке (крутящий момент 100 фунт-футов), заставляет вал вращаться со
    2000 об/мин, то мощность вал передает на генератор за стеной 38 л.с. ,
    рассчитывается следующим образом:

    100 фунто-футов крутящего момента (100 фунтов x 1 фут) умножить на 2000 об/мин, разделить на 5252 и получить 38 л.с.

    Следующие примеры иллюстрируют несколько различных значений КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, которые обеспечивают мощность 300 л.

    с.

    Пример 1 :   Какой КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ требуется для создания 300 л.с. при 2700 об/мин?

    , так как     л.с. = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ x ОБ/мин ÷ 5252
                , тогда изменим уравнение:
    КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = л.с. x 5252 ÷ об/мин

    Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 2700 фунт-фут = 584

    Пример 2:   Какой КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ требуется для создания 300 л.с. при 4600 об/мин?

    Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 4600 = 343 фунт-фут.

    Пример 3:   Какой КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ требуется для производства 300 л.с. при 8000 об/мин?

    Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 8000 = 197 фунт-фут.

    Пример 4:   Какой КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ развивает турбинная секция газотурбинного двигателя мощностью 300 л.с. при 41 000 об/мин?

    Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 41 000  = 38,4 фунт-фут.

    Пример 5: Выходной вал редуктора двигателя в Примере 4 вращается со скоростью 1591 об/мин. Сколько
    КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ доступен на этом валу?

    Ответ: КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = 300 x 5252 ÷ 1591 = 991 фунт-фут.

    (без учета потерь в редукторе, разумеется).

    Из этих чисел следует сделать вывод, что заданное количество лошадиных сил может быть получено из бесконечного числа комбинаций
    крутящего момента и оборотов.

    Подумайте об этом с другой стороны: в автомобилях одинакового веса 2-литровый двигатель с двумя распредвалами развивает мощность 300 л.с. при 8000 об/мин (197 фунт-фут) и 400 л.с.
    при 10 000 об/мин (210 lb-ft) выведет вас из поворота точно так же, как 5-литровый двигатель мощностью 300 л.с. при 4000 об/мин (394 фунта-фута)
    и 400 л.с. при 5000 об/мин (420 фунт-фут). Фактически, в автомобилях одинакового веса меньший двигатель, вероятно, будет ЛУЧШЕ участвовать в гонках, потому что
    он намного легче, поэтому на переднюю часть приходится меньше веса. И в реальности машина с более легким 2-литровым двигателем будет
    вероятно, весит меньше, чем большой автомобиль с двигателем V8, поэтому он будет лучшим гоночным автомобилем по нескольким причинам.

    Измерение мощности

    Динамометр определяет МОЩНОСТЬ двигателя при приложении нагрузки к двигателю
    выходного вала с помощью водяного тормоза, генератора, вихретокового гасителя или любого другого управляемого устройства, способного поглощать
    сила. Система управления динамометром заставляет амортизатор точно соответствовать величине TORQUE , которую производит двигатель.
    в этот момент, то измеряет что КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ и ОБ/МИН вала двигателя, и от тех
    два измерения, он вычисляет наблюдаемых мощностей. Затем применяются различные факторы (температура воздуха, барометрическое давление, относительная
    влажность) для того, чтобы правильный наблюдаемый мощность до значения, которое было бы, если бы оно было измерено
    при стандартных атмосферных условиях
    , вызванная скорректированная мощность .

    Последние изменения на этой странице

    В этом месте страницы раньше был анализ, показывающий, как определить мощность, потребляемую насосом. Это обсуждение имеет
    была перемещена на более подходящую, недавно обновленную страницу «Системы смазки двигателя».

    Общие замечания

    Чтобы спроектировать двигатель для конкретного применения, полезно построить оптимальную кривую мощности для этого конкретного применения,
    затем из этой информации о конструкции определите кривую крутящего момента, которая требуется для получения желаемой кривой мощности. По оценке крутящего момента
    требования к реалистичным значениям BMEP, вы можете определить разумность
    целевая кривая мощности.

    Как правило, пик крутящего момента возникает при значительно более низких оборотах, чем пик мощности. Причина в том, что в целом кривая крутящего момента
    не падает (в %) так же быстро, как увеличивается число оборотов в минуту (в %). Для гоночного двигателя часто выгодно (в пределах границ
    условия применения) для работы двигателя далеко за пределами пиковой мощности, чтобы обеспечить максимальную среднюю мощность в течение
    необходимый диапазон оборотов.

    Однако для двигателя, который работает в относительно узком диапазоне оборотов, такого как авиационный двигатель, обычно требуется, чтобы
    двигатель выдает максимальную мощность при максимальных оборотах. Это требует, чтобы пик крутящего момента был достаточно близок к максимальным оборотам. Для самолета
    двигатель, вы обычно проектируете кривую крутящего момента так, чтобы она достигла максимума при нормальных настройках круиза и оставалась неизменной до максимальных оборотов. Такое позиционирование
    кривая крутящего момента позволила бы двигателю производить значительно больше мощности, если бы он мог работать на более высоких оборотах, но цель состоит в том, чтобы оптимизировать
    производительность в рабочем диапазоне.

    Пример этой концепции показан на рис. 3 ниже. Три пунктирные линии представляют три различные кривые крутящего момента, каждая из которых имеет точное значение
    одинаковая форма и значения крутящего момента, но с пиковыми значениями крутящего момента, расположенными при разных значениях оборотов. Сплошные линии показывают мощность, вырабатываемую
    кривыми крутящего момента того же цвета.

    Рисунок 3

    Обратите внимание, что при пиковом крутящем моменте 587 фунт-футов при 3000 об/мин розовая линия мощности достигает максимума около 375 л.с. между 3500 и 3750 об/мин. С
    та же кривая крутящего момента сдвинута вправо на 1500 об/мин (черный цвет, пик крутящего момента 587 фунт-фут при 4500 об/мин), пиковая мощность подскакивает примерно до 535 л.с.
    5000 об/мин. Опять же, перемещение той же кривой крутящего момента вправо еще на 1500 об/мин (синяя, пик крутящего момента 587 фунт-футов при 6000 об/мин) приводит к тому, что мощность снижается.
    пик около 696 л.с. при 6500 об/мин

    Используя черные кривые в качестве примера, обратите внимание, что двигатель развивает мощность 500 л.с. как при 4500, так и при 5400 об/мин, что означает, что двигатель может
    такое же количество работы в единицу времени (мощность) на 4500, что и на 5400. ОДНАКО, он будет сжигать меньше топлива для производства 450 л. с. при 4500 об / мин.
    чем при 5400 об/мин, из-за паразитных потерь мощности (мощность, расходуемая на вращение коленчатого вала, возвратно-поступательных узлов, клапанного механизма)
    увеличивается пропорционально квадрату частоты вращения коленчатого вала.

    Диапазон оборотов, в котором двигатель развивает максимальный крутящий момент, ограничен. Вы можете настроить двигатель так, чтобы он имел высокий пиковый крутящий момент с
    очень узкий диапазон или более низкое значение пикового крутящего момента в более широком диапазоне. Эти характеристики обычно диктуются параметрами
    область применения, для которой предназначен двигатель.

    Пример показан на рис. 4 ниже. Это то же самое, что и график на рис. 3 (выше), ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ, синяя кривая крутящего момента имеет
    был изменен (как показано зеленой линией), чтобы он не исчезал так быстро. Обратите внимание, как это приводит к увеличению зеленой линии электропередач.
    далеко за пределами пика крутящего момента. Такого рода изменение кривой крутящего момента может быть достигнуто путем изменения различных ключевых компонентов, в том числе
    (но не ограничиваясь) профили кулачков, расстояние между кулачками, длина впускных и/или выпускных каналов, поперечное сечение впускных и/или выпускных каналов
    раздел. Изменения, направленные на расширение пикового крутящего момента, неизбежно уменьшат значение пикового крутящего момента, но желательность
    данное изменение определяется приложением.

    Рис 4 x КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ ÷ 5252 ,   тогда где
    5252?»

    Вот ответ.

    По определению, МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ
    ПИТАНИЕ рубрика)

    Используя пример на рисунке 2 выше, где постоянная тангенциальная сила в 100 фунтов была приложена к 12-дюймовой рукоятке, вращающейся со скоростью
    2000 об/мин, мы знаем силы вовлеченных, поэтому для расчета мощности нам нужно расстояние рукоятка
    перемещения на единицу время , выраженное как:

    Мощность = 100 фунтов x расстояние в минуту

    Итак, на какое расстояние перемещается кривошипная рукоятка за одну минуту? Сначала определите расстояние, которое он проходит за один оборот :

    РАССТОЯНИЕ за оборот = 2 x π x радиус

    РАССТОЯНИЕ за оборот. = 2 x 3,1416 x 1 фут = 6,283 фута.

    Теперь мы знаем, как далеко шатун перемещается за один оборот. Какое расстояние проходит кривошип за одну минуту ?

    РАССТОЯНИЕ в мин. = 6,283 фута на оборот. х 2000 об. в мин. = 12 566 футов в минуту

    Теперь мы знаем достаточно, чтобы рассчитать мощность, определяемую как:

    МОЩНОСТЬ = СИЛА x РАССТОЯНИЕ ÷ ВРЕМЯ
        итак
    Мощность = 100 фунтов x 12 566 футов в минуту = 1 256 600 фут-фунтов в минуту

    Отлично, а как насчет ЛОШАДЕЙ? Помните, что одна ЛОШАДЕЙНАЯ СИЛА определяется как 33000 футо-фунтов работы.
    в минуту
    . Следовательно, HP = МОЩНОСТЬ (фут-фунт в минуту) ÷ 33 000. Мы уже подсчитали, что мощность, приложенная к
    кривошипа выше составляет 1 256 600 футо-фунтов в минуту.

    Сколько это HP?

    л.с. = (1 256 600 ÷ 33 000) = 38,1 л.с.

    Теперь мы объединим уже известные нам вещи, чтобы создать волшебное число 5252. Мы уже это знаем:

    КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ = СИЛА x РАДИУС.

    Leave a Reply