Что дает увеличение мощности двигателя физика: Что такое крутящий момент двигателя

Для чего и зачем поднимать мощность, я описывать не буду, приступлю сразу к способам, которые в теории и на практике работают.

Увеличение объема цилиндров

Если конструкция мотора позволяет сделать объем больше за небольшие деньги — это будет верный способ увеличения мощности. Но не все так просто.

Чем больше объем цилиндра — тем больше будет потребление топлива, так как объем впускаемого воздуха будет больше. Влечет это за собой повышенный расход топлива, но… Размеры клапанов, каналов ГРМ, впуск и выпуск остается прежним, и часто пропускная способность остается прежней, а значит потенциал от увеличения объема “душится”. Нужно обратить внимание на это. Как минимум, нужно увеличить впускные и выпускные каналы, а также снизить сопротивление выпускной системы.

Система впуска и питания

В зависимости от того, что вы хотите от мотора — крутящий момент будет достигать максимума ближе к холостым оборотам, или ближе к максимальным. Разница будет в геометрии ресивера, наличия или отсутствия “дудок”, и здесь уже установку другого коллектора можно комбинировать с увеличенным дросселем.

По топливной системе. Чем больше сжигается топлива — тем больше мощность. Здесь программным путем можно настроить нагрузку на форсунки, и если они сильно нагружены, то нужно установить “форсы” увеличенной пропускной способностью. Также потребуется коррекция топливной карты, о чем я писал в предыдущей статье.

Облегчение деталей КШМ и маховика

Да, облегченные подвижные детали позволяют быстрее набрать обороты, и снизить потери на раскручивание их. Но лучше приобретать уже готовые и сертифицированные детали, только в комплексе, когда облегчены все детали КШМ.

Распредвалы

Главное, чтобы фазы были чуть шире стандартных. Это нужно, чтобы пик максимальной мощности сдвинулся чуть выше. На разгоне до 100 км/ч это неоспоримое преимущество, особенно когда у вас вторая передача не дотягивает до 100 км/ч.

Приводной компрессор или турбина

Чип-тюнинг

• убрать катализатор
• можно установить разрезные шестерни и немного сдвинуть распредвалы на чуть ранее открытие клапана
• установить форсунки повышенной производительности
• обеспечить холодный впускной воздух
• установить увеличенную дроссельную заслонку
• прошить ЭБУ после вышеуказанных мероприятий.

Не всегда является верным утверждением, что для большей мощности требуется больше топлива. Покуда важнее, в какой момент подастся топливно-воздушная смесь, в какой момент воспламенится, как эффективно сгорит, и как быстро покинет камеру сгорания.

Мощность и коэффициент полезного действия — урок.

Мощность по своей сути является скоростью выполнения работы. Чем больше мощность совершаемой работы, тем больше работы выполняется за единицу времени.

Среднее значение мощности — это работа, выполненная за единицу времени.

Величина мощности прямо пропорциональна величине совершённой работы \(A\) и обратно пропорциональна времени \(t\), за которое работа была совершена.

Мощность \(N\) определяют по формуле:

N=At.

Единицей измерения мощности в системе \(СИ\) является \(Ватт\) (русское обозначение — \(Вт\), международное — \(W\)).

Для определения мощности двигателя автомобилей и других транспортных средств используют исторически более древнюю единицу измерения — лошадиная сила (л.с.), 1 л.с. = 736 Вт.

Пример:

Мощность двигателя автомобиля равна примерно \(90 л.с. = 66240 Вт\).

Мощность автомобиля или другого транспортного средства можно рассчитать, если известна сила тяги автомобиля \(F\) и скорость его движения (v).

N=F⋅v

Эту формулу получают, преобразуя основную формулу определения мощности.

Ни одно устройство не способно использовать \(100\) % от начально подведённой к нему энергии на совершение полезной работы. Поэтому важной характеристикой любого устройства является не только мощность, но и коэффициент полезного действия, который показывает, насколько эффективно используется энергия, подведённая к устройству.  

Пример:

Для того чтобы автомобиль двигался, должны вращаться колёса. А для того чтобы вращались колёса, двигатель должен приводить в движение кривошипно-шатунный механизм (механизм, который возвратно-поступательное движение поршня двигателя преобразует во вращательное движение колёс). При этом приводятся во вращение шестерни и большая часть энергии выделяется в виде тепла в окружающее пространство, в результате чего происходит потеря подводимой энергии. Коэффициент полезного действия двигателя автомобиля находится в пределах \(40 — 45\) %. Таким образом, получается, что только около \(40\) % от всего бензина, которым заправляют автомобиль, идёт на совершение необходимой нам полезной работы — перемещение автомобиля.

Если мы заправим в бак автомобиля \(20\) литров бензина, тогда только \(8\) литров будут расходоваться на перемещение автомобиля, а \(12\) литров сгорят без совершения полезной работы.

Коэффициент полезного действия обозначается буквой греческого алфавита \(«эта»\) η, он является отношением полезной мощности \(N\) к полной или общей мощности Nполная.

Для его определения используют формулу: η=NNполная. Поскольку по определению коэффициент полезного действия является отношением мощностей, единицы измерения он не имеет.

Часто его выражают в процентах. Если коэффициент полезного действия выражают в процентах, тогда используют формулу: η=NNполная⋅100%.

Так как мощность является работой, проделанной за единицу времени, тогда коэффициент полезного действия можно выразить как отношение полезной проделанной работы \(A\) к общей или полной проделанной работе Aполная. В этом случае формула для определения коэффициента полезного действия будет выглядеть так:

η=AAполная⋅100%.

Коэффициент полезного действия всегда меньше \(1\), или \(100\) % (η < 1, или η < \(100\) %).

Как с помощью школьных формул по физике я вычислил разгон автомобиля BMW M5 Competition

Немного теории.

Для начала разберемся с тем, что такое лошадиные силы и устроим небольшой экскурс в школьную физику.

1 л.с. — это мощность, затрачиваемая при вертикальном подъёме груза массой 75 кг со скоростью 1 м/с.

Как известно, мощность показывает, какую работу совершает тело в единицу времени:

Работа равна произведению силы на перемещение: A = F*S. Учитывая, что скорость V=S/t, получим:

Получаем формулу для перевода лошадиных сил в принятую в международной системе СИ единицу измерения мощности — Ватт:

Перейдем к основной части, а именно — к техническим характеристикам автомобиля.

Некоторые характеристики и расчёты будут приводиться приближенно, поскольку мы не претендуем на умопомрачительную точность расчетов, важнее понять физику и математику процесса.

m = 2 тонны = 2000 кг — масса автомобиля (масса авто 1940 кг, считаем что в ней водитель массой 60 кг и больше ничего/никого).
P = 670 л.с. (по паспорту 625 л.с., но реально мощность выше — измерено на динамометрическом стенде в ролике DSC OFF https://www.youtube.com/watch?v=ysg0Depmyjc. В этой статье мы ещё обратимся к замерам отсюда.)
Разгон 0-100 км/ч: 3.2-3.3 с (по паспорту, замерам)
Разгон 100-200 км/ч: 7.5-7.6 с (по паспорту, замерам)

Мощность двигателя генерируется на маховике, потом через сцепление передается в КПП, далее через дифференциалы, привода, карданный вал передается на колёса. В результате эти механизмы поглощают часть мощности и итоговая мощность, поставляемая к колесам, оказывается меньше на 18-28%. Именно мощность на колесах определяет динамические характеристики автомобиля.

У меня нет сомнений в гениальности инженеров БМВ, но, для начала, возьмем для удобства потери мощности 20%.

Вернемся к нашим физическим баранам. Для вычисления разгона нам нужно связать мощность со скоростью и временем разгона. Для этого воспользуемся вторым законом Ньютона:

Вооружившись этими знаниями, получим конечную формулу:

Выражая отсюда t, получим итоговую формулу для вычисления разгона:

На самом деле в паспорте автомобиля указывается максимальная мощность, достигаемая двигателем при определенном числе оборотов. Ниже приведена зависимость мощности двигателя от числа оборотов (синяя линия). Строго говоря, параметры этой кривой зависят от номера передачи, так что для определенности скажем, что график для 5й передачи.

Главное, что мы должны усвоить из этого графика — мощность автомобиля не постоянна во время движения, а увеличивается по мере роста оборотов двигателя.

Перейдем к расчету разгона от 0 до 100 км/ч. Переведем скорость в м/с:

При разгоне от 0 до 100 км/ч автомобиль практически сразу переключается с первой передачи на вторую, и при достижении около 90 км/ч переключается на третью. Будем считать, что на всём протяжении разгона автомобиль разгоняется на второй передаче, причем максимальная мощность будет меньше 670 л.с., поскольку передача ниже пятой. Возьмём в качестве начальной мощности при 0 км/ч мощность 150 л.с. (при 2000 об/мин), конечную — 600 л.с. (7000 об/мин):

Чтобы не считать сложные интегралы для вычисления средней мощности, скажем следующие слова: учитывая приближенный характер наших расчетов, проскальзывание авто при ускорении, а также сопротивление воздуха (хотя при разгоне от 0 до 100 оно играет не такую большую роль, как при разгоне до 200 км/ч), будем считать, что мощность зависит от скорости линейно, тогда средняя мощность при разгоне от 0 до 100 км/ч составляет:

Пришло время учесть потери мощности, о которых было сказано ранее, а заодно перевести мощность в кВт (1 кВт = 1000 Вт) для удобства. Потери мощности 20%, значит эффективность 80%=0.8:

Теперь подставляем всё в конечную формулу:

Получили довольно близкий к «паспортным» 3. 3 с результат, ура! Специально не стал ничего дополнительно подгонять, дабы подчеркнуть приближенный характер расчёта, хотя это было довольно просто сделать, взяв, например, чуть больше мощность.

Теперь, ради интереса и проверки самих себя, вычислим разгон 100-200 км/ч.

С ростом скорости растёт трение воздуха, для движения используются более высокие передачи КПП (3-я, 4-я, 5-я), но при этом уменьшается проскальзывание колес. Так что оставим среднюю мощность 375 л.с.

Так делать конечно же нельзя! После 2-й передачи двигатель работает на «комфортных» для себя оборотах 4000-7000 об/мин, поэтому средняя мощность будет гораздо выше, поскольку выше будет начальная мощность для каждой передачи. Здесь уже не получится считать, что автомобиль едет только на 4-й передаче на всем протяжении разгона, но можно считать, что он проехал одинаковые промежутки времени на 3-й, 4-й и 5-й передаче, и пусть график зависимости мощности от числа оборотов для них одинаков, поэтому построим общую условную кривую зависимости мощности от скорости:

Опять же, считаем для простоты зависимость мощности от скорости линейной, тогда получаем среднюю и реальную мощность:

Тогда итоговое время разгона 100-200 км/ч:

Время разгона «по паспорту» 7.2), можете повыводить на досуге 🙂

Ну и в общем-то всё. Приведенные рассуждения и вычисления не претендуют на истину в последней инстанции и большую точность, но показывают, что зная «школьные» формулы по физике, можно решать такие интересные задачки, связанные с жизнью.

Мощность в физике — виды, формулы и определение с примерами

Содержание:

Мощность:

Одинаковую работу можно совершить за разные промежутки времени. Например, можно поднять груз за минуту, а можно поднимать этот же груз в течение часа.

Физическую величину, равную отношению совершенной работы

Единицей мощности в SI является джоуль в секунду (Дж/с), или ватт (Вт), названный так в честь английского изобретателя Дж. Уатта. Один ватт — это такая мощность, при которой работу в 1 Дж совершают за 1 с. Итак,

Человек может развивать мощность в сотни ватт. Чтобы оценить, насколько могущество человеческого разума, создавшего двигатели, больше «могущества» человеческих мускулов, приведем такие сравнения:

• мощность легкового автомобиля примерно в тысячу раз больше средней мощности человека;
• мощность авиалайнера примерно в тысячу раз больше мощности автомобиля;
• мощность космического корабля примерно в тысячу раз больше мощности самолета.

Механическая работа всегда связана с движением тел. А движение происходит во времени. Поэтому и выполнение работы, как и превращение механической энергии, всегда происходит на протяжении определенного времени.

Работа выполняемая на протяжении определенного времени:

Простейшие наблюдения показывают, что время выполнения работы может быть разным. Так, школьник может подняться по лестнице на пятый этаж за 1-2 мин, а пожилой человек — не меньше чем за 5 мин. Грузовой автомобиль КрАЗ может перевезти определенный груз на расстояние 50 км за 1 ч. Но если этот груз частями начнет перевозить легковой автомобиль с прицепом, то потратит на это не меньше 12 ч.

Для описания процесса выполнения работы, учитывая его скорость, используют физическую величину, которая называется мощностью.

Мощность — это физическая величина, которая показывает скорость выполнения работы и равна отношению работы ко времени, за которое эта работа выполняется.

Так как при выполнении работы происходит превращение энергии, то можно считать, что мощность характеризует скорость превращения энергии.

Как рассчитать мощность

Для расчета мощности нужно значение работы разделить на время, за которое эта работа была выполнена:

Если мощность обозначить латинской буквой , то формула для расчета мощности будет такой

Для измерения мощности используется единица ватт (Вт). При мощности 1 Вт работа 1 Дж выполняется за 1 с:

Единица мощности названа в честь английского механика Джеймса Уатта, который внес значительный вклад в теорию и практику построения тепловых двигателей.

Джеймс Уатт (1736-1819) — английский физик и изобретатель. 

Главная заслуга Уатта в том, что он отделил водяной конденсатор от нагревателя и сконструировал насос для охлаждения конденсатора. Фактически он увеличил разность температур между нагревателем и конденсатором (холодильником), благодаря чему увеличил экономичность паровой машины. Позже теоретически это обоснует Сади Карно.

Он один из первых высказал предположение, что вода — это сложное вещество, состоящее из водорода и кислорода.

Как и для других физических величин, для единицы мощности существуют производные единицы:

Определить мощность подъемного крана, если работу 9 МДж он выполняет за 5 мин.

Дано:

Решение

По определению  поэтому

Ответ. Мощность крана 30 кВт.

Человек массой 60 кг поднимается на пятый этаж дома за 1 мин. Высота пяти этажей дома равна 16 м. Какую мощность развивает человек?

Дано:

Решение

По определению 

Работа определяется 

Тогда 

Ответ. Человек развивает мощность 160 Вт.

Зная мощность и время, можно рассчитать работу:

Мощность связана со скоростью соотношением:

где — сила, которая выполняет работу; — скорость движения.

Если известны мощность двигателя и значения сил сопротивления, то можно рассчитать возможную скорость автомобиля или другой машины, которая выполняет работу:

Таким образом, из двух автомобилей при равных силах сопротивления большую скорость будет иметь тот, у которого мощность двигателя больше.

Каждый конструктор знает, что для увеличения скорости движения автомобиля, самолета или морского корабля нужно или увеличивать мощность двигателя, или уменьшать силы сопротивления. Поскольку увеличение мощности связано с увеличением потребления топлива, то средствам современного транспорта, как правило, придают специфическую обтекаемую форму, при которой сопротивление воздуха будет наименьшим, а все подвижные части изготавливают так, чтобы сила трения была минимальной.

Итоги:

• Существуют два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.
• Если тело перемещается или деформируется под действием силы, то выполняется механическая работа.
• Простыми механизмами являются рычаги и блоки.
• Ни один простой механизм не дает выигрыша в работе.
• Качество механизма определяется коэффициентом полезного действия, который определяет часть полезной работы в общей выполненной работе.
• Тело, при перемещении которого может быть выполнена работа, обладает энергией.
• Взаимодействующие тела обладают потенциальной энергией.
• Движущееся тело обладает кинетической энергией, которая зависит от скорости и массы тела.
• Потенциальная и кинетическая энергии могут превращаться друг в друга. Такие превращения происходят в равной мере, если отсутствуют силы трения.
• Сумму кинетической и потенциальной энергий называют полной механической энергией системы.
• В замкнутой системе при отсутствии сил трения сумма кинетической и потенциальной энергий остается постоянной.
• Закон сохранения и превращения энергии подтверждает невозможность существования вечного двигателя (perpetuum mobile).
• Мощность характеризует скорость превращения одного вида энергии в другой.

С помощью импульса невозможно описать все случаи взаимодействия. Поэтому в физике применяют еще и понятие механической работы.
В механике работа зависит от значения и направления силы, а также перемещения точки ее приложения. Из курса физики 8 класса вам известно, что

A = Fs,

где F — значение силы, действующей на тело; s — модуль перемещения тела.

Если сила F постоянна, а перемещение прямолинейное (рис. 2.65), то работа

где s = — угол между направлением действия силы и перемещения.

Робота является величиной скалярной. Произведение — проекция действующей силы на направление перемещения.

Легко заметить, что если = 90° (сила перпендикулярна к перемещению) работа равна нулю, а при — отрицательная.

Девочка тянет санки равномерно, прикладывая к веревке силу 50 Н. Веревка натягивается под углом 30° к горизонту (рис. 2.66). Какую работу выполнит девочка, переместив санки на 20 м?
Дано:

F = 50 Н,

s = 20 м, = 30°.
А-?
 

Решение

По определению

Соответственно
Ответ: А = 870 Дж (работа силы положительная, поскольку cos 30° > 0).

Решим предыдущую задачу для случая, когда девочка удерживает санки, съехавшие с горки (рис. 2.67). В данном случае = 150°.
Дано:

F = 50 Н, s = 20 м,

= 150°.

А — ?
 

Решение

А = Fscosa;

А = 50 Н • 20 м • (-0,87) -870 Дж.

Ответ: А = -870 Дж (работа силы отрицательная, поскольку cos 150°

Таким образом, в зависимости от направления действия силы по отношению к перемещению работа может иметь положительные и отрицательные значения.

Например, работа, которую выполняет двигатель автомобиля, будет положительной, поскольку направление силы тяги автомобиля совпадает с направлением его движения. Положительной будет и работа человека, поднимающего какой-либо груз с земли на определенную высоту. Силы трения, действующие на автомобиль, выполняют отрицательную работу, поскольку направлены в противоположном направлении к перемещению.

Возможны случаи, когда работа равна нулю, хотя перемещение тела происходит. Например, если = 90°, то работа силы равна нулю, поскольку cos90° = 0. Сила тяжести, действующая на спутник Земли, который движется по круговой орбите, работы не выполняет.

Мощность — это физическая величина, характеризующая скорость совершения работы. Поскольку во время выполнения работы происходит превращение энергии, можно сделать вывод, что мощность показывает скорость превращения одного вида энергии в другой.

В механике мощность обозначают буквой N и рассчитывают по формуле

N= — =—,

t t

где — изменение энергии; А — работа; t — время.

Если известны мощность и время, за которое совершена работа, то можно рассчитать и саму работу:
A = Nt.

Основная единица измерения мощности — ватт (Вт):

Одна и та же работа в разных случаях может быть выполнена за различные промежутки времени, т. е. она может совершаться неодинаково быстро. Например, при подъеме груза на определенную высоту подъемным краном (рис. 148) будет затрачено гораздо меньше времени, чем при использовании лебедки.

Для характеристики процесса выполнения работы важно знать не только ее численное значение, но и время, за которое она выполняется. Очевидно, что чем меньшее время требуется для выполнения данной работы, тем эффективнее работает машина, механизм и др.

Величина, характеризующая быстроту совершения работы, называется мощностью. Ее обычно обозначают буквой Р.

Если в течение промежутка времени Δt была совершена работа А, то средняя мощность равна отношению работы к этому промежутку времени:

Из определения видно, что мощность численно равна работе, совершаемой в единицу времени. Таким образом, единицей мощности является джоуль в секунду  . Эта единица получила название ватт (Вт): 1 Вт = 1 . Это название дано в честь английского ученого Джеймса Уатта — изобретателя универсального парового двигателя. Уаттом была впервые введена единица мощности, которая и до сих пор используется для характеристики мощности различных двигателей — 1 лошадиная сила (1 л. с. = 736 Вт).

Понятно, что во времена Уатта на заре технической революции мощность построенной паровой машины было естественно сравнить с мощностью лошади — единственным в то время «двигателем».

Может ли человек развивать мощность, равную 1 л. с.? Ответ на этот вопрос положительный. Рассмотрим разбег спортсмена на короткие дистанции. Хорошие спортсмены дистанцию в 100 м пробегают за 10 с, т. е. их средняя скорость 10 . Разбег длится 3 с, а работа A, которую совершают мышцы спортсмена, не может быть меньше, чем кинетическая энергия , приобретенная им за время разбега. Следовательно, средняя мощность не меньше, чем

Если предположить, что масса спортсмена т = 80 кг, то

Разумеется, развивать такую мощность длительное время не сможет даже очень тренированный человек.Если известна мощность, то работа выражается равенством:
A = P∆t.    (2)

Это позволяет ввести еще одну единицу работы (а значит, и энергии) следующим путем. За единицу работы можно принять работу, которая совершается некоторой силой в течение 1 с при мощности в 1 Вт. Она называется ватт-секундой. Понятно, что 1 Вт^.c = 1 Дж. Часто используются более крупные внесистемные единицы работы и энергии: киловатт-час (кВт^.ч) и мегаватт-час (МВт ^. ч):

1 кВт ^.ч= 1000кВт^.3600 с = 3,6∙ 10⁶ Дж;

1 МВт^.ч= 1000кВт^.3600 с = 3,6∙ 10⁹ Дж.

При движении любого тела на него в общем случае действует несколько сил. Каждая сила совершает работу, и, следовательно, для каждой силы мы можем вычислить мощность.

Наиболее общее выражение для работы постоянной силы, направленной под углом к направлению движения. А = F∆rcos. Поэтому средняя мощность этой силы:
   (3)

так как — модуль средней скорости тела.

Ясно, что если модуль силы в некоторой момент времени равен F и модуль мгновенной скорости υ, а угол между ними , то мгновенное значение мощности этой силы:
P = Fυcos.    (4)

Как следует из формулы (4), при заданной мощности мотора сила тяги тем меньше, чем больше скорость движения автомобиля. Вот почему водители при подъеме в гору, когда нужна наибольшая сила тяги, переключают двигатель на пониженную передачу. Для движения по горизонтальному участку с постоянной скоростью достаточно, чтобы сила тяги преодолевала силу сопротивления движению. Формула (4) позволяет объяснить, что быстроходные поезда, автомобили, корабли, самолеты нуждаются в двигателях большой мощности и конструкции, обеспечивающей как можно меньшую силу сопротивления.

Любой двигатель или механическое устройство предназначены для выполнения определенной механической работы. Эта работа называется полезной работой. Для двигателя автомобиля — это работа по его перемещению, для токарного станка — работа по вытачиванию детали и т. п.
В любой машине, в любом двигателе полезная работа всегда меньше той энергии, которая затрачивается для приведения их в действие, потому что всегда существуют силы трения, работа которых приводит к нагреванию каких-либо частей устройства. А нагревание нельзя считать полезным результатом действия машины.

Поэтому каждое устройство характеризуется особой величиной, которая показывает, насколько эффективно используется подводимая к нему энергия. Эта величина называется коэффициентом полезного действия (КПД) и обычно обозначается греческой буквой η (эта).

Коэффициентом полезного действия называется отношение полезной )аботы, совершенной машиной за некоторый промежуток времени, ко всей утраченной работе (подведенной энергии) за тот же промежуток времени:
   (5)

Коэффициент полезного действия обычно выражается в процентах, поскольку и полезную, и затраченную работы можно представить как произведение мощности на промежуток времени, в течение которого работала машина, то коэффициент полезного действия можно определить следующим образом:

где P_n и Р₃ — полезная мощность и затраченная мощность соответственно.

Главные выводы:

1. Мощность численно равна работе, которую совершает сила в единицу времени.
2. Мощность силы равна произведению силы на скорость тела и косинус угла между направлением силы и скорости в данный момент времени.
3. Коэффициентом полезного действия называется отношение полезной работы, совершенной машиной за некоторый промежуток времени, ко всей затраченной работе (подведенной энергии) за тот же промежуток времени.

Работа, мощность, энергия — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

Основные теоретические сведения

Механическая работа

К оглавлению…

Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы. Работой, совершаемой постоянной силой F, называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла между векторами силы F и перемещения S:

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа, совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Джоуль равен работе, совершаемой силой в 1 ньютон на перемещении 1 метр в направлении действия силы.

Если же сила изменяется с течением времени, то для нахождения работы строят график зависимости силы от перемещения и находят площадь фигуры под графиком – это и есть работа:

Примером силы, модуль которой зависит от координаты (перемещения), может служить сила упругости пружины, подчиняющаяся закону Гука (F_упр = kx).

Мощность

К оглавлению…

Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью. Мощность P (иногда обозначают буквой N) – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

По этой формуле рассчитывается средняя мощность, т.е. мощность обобщенно характеризующая процесс. Итак, работу можно выражать и через мощность: A = Pt (если конечно известна мощность и время совершения работы). Единица мощности называется ватт (Вт) или 1 джоуль за 1 секунду. Если движение равномерное, то:

По этой формуле мы можем рассчитать мгновенную мощность (мощность в данный момент времени), если вместо скорости подставим в формулу значение мгновенной скорости. Как узнать, какую мощность считать? Если в задаче спрашивают мощность в момент времени или в какой-то точке пространства, то считается мгновенная. Если спрашивают про мощность за какой-то промежуток времени или участок пути, то ищите среднюю мощность.

КПД – коэффициент полезного действия, равен отношению полезной работы к затраченной, либо же полезной мощности к затраченной:

Какая работа полезная, а какая затраченная определяется из условия конкретной задачи путем логического рассуждения. К примеру, если подъемный кран совершает работу по подъему груза на некоторую высоту, то полезной будет работа по поднятию груза (так как именно ради нее создан кран), а затраченной – работа, совершенная электродвигателем крана.

Итак, полезная и затраченная мощность не имеют строгого определения, и находятся логическим рассуждением. В каждой задаче мы сами должны определить, что в этой задаче было целью совершения работы (полезная работа или мощность), а что было механизмом или способом совершения всей работы (затраченная мощность или работа).

В общем случае КПД показывает, как эффективно механизм преобразует один вид энергии в другой. Если мощность со временем изменяется, то работу находят как площадь фигуры под графиком зависимости мощности от времени:

Кинетическая энергия

К оглавлению…

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела (энергией движения):

То есть если автомобиль массой 2000 кг движется со скоростью 10 м/с, то он обладает кинетической энергией равной Е_к = 100 кДж и способен совершить работу в 100 кДж. Эта энергия может превратиться в тепловую (при торможении автомобиля нагревается резина колес, дорога и тормозные диски) или может быть потрачена на деформацию автомобиля и тела, с которым автомобиль столкнулся (при аварии). При вычислении кинетической энергии не имеет значения куда движется автомобиль, так как энергия, как и работа, величина скалярная.

Тело обладает энергией, если способно совершить работу. Например, движущееся тело обладает кинетической энергией, т.е. энергией движения, и способно совершать работу по деформации тел или придания ускорения телам, с которыми произойдёт столкновение.

Физический смысл кинетической энергии: для того чтобы покоящееся тело массой m стало двигаться со скоростью v необходимо совершить работу равную полученному значению кинетической энергии. Если тело массой m движется со скоростью v, то для его остановки необходимо совершить работу равную его первоначальной кинетической энергии. При торможении кинетическая энергия в основном (кроме случаев соударения, когда энергия идет на деформации) «забирается» силой трения.

Теорема о кинетической энергии: работа равнодействующей силы равна изменению кинетической энергии тела:

Теорема о кинетической энергии справедлива и в общем случае, когда тело движется под действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения. Применять данную теорему удобно в задачах на разгон и торможение тела.

Потенциальная энергия

К оглавлению…

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия определяется взаимным положением тел (например, положением тела относительно поверхности Земли). Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями (так называемые консервативные силы). Работа таких сил на замкнутой траектории равна нулю. Таким свойством обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести Земли рассчитывается по формуле:

Физический смысл потенциальной энергии тела: потенциальная энергия равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень (h – расстояние от центра тяжести тела до нулевого уровня). Если тело обладает потенциальной энергией, значит оно способно совершить работу при падении этого тела с высоты h до нулевого уровня. Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии тела, взятому с противоположным знаком:

Часто в задачах на энергию приходится находить работу по поднятию (переворачиванию, доставанию из ямы) тела. Во всех этих случаях нужно рассматривать перемещение не самого тела, а только его центра тяжести.

Потенциальная энергия Ep зависит от выбора нулевого уровня, то есть от выбора начала координат оси OY. В каждой задаче нулевой уровень выбирается из соображения удобства. Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а ее изменение при перемещении тела из одного положения в другое. Это изменение не зависит от выбора нулевого уровня.

Потенциальная энергия растянутой пружины рассчитывается по формуле:

где: k – жесткость пружины. Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Растяжение или сжатие х надо рассчитывать от недеформированного состояния тела.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией. Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x₁, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x₂ сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком (так как сила упругости всегда направлена против деформации тела):

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Работа силы трения зависит от пройденного пути (такой вид сил, чья работа зависит от траектории и пройденного пути называется: диссипативные силы). Понятие потенциальной энергии для силы трения вводить нельзя.

Коэффициент полезного действия

К оглавлению…

Коэффициент полезного действия (КПД) – характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Он определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой (формула уже приведена выше).

КПД можно рассчитывать как через работу, так и через мощность. Полезная и затраченная работа (мощность) всегда определяются путем простых логических рассуждений.

В электрических двигателях КПД – отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника. В тепловых двигателях – отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты. В электрических трансформаторах – отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.

В силу своей общности понятие КПД позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т.д.

Из–за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т.п. КПД всегда меньше единицы. Соответственно этому КПД выражается в долях затрачиваемой энергии, то есть в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. КПД характеризует как эффективно работает машина или механизм. КПД тепловых электростанций достигает 35–40%, двигателей внутреннего сгорания с наддувом и предварительным охлаждением – 40–50%, динамомашин и генераторов большой мощности – 95%, трансформаторов – 98%.

Задачу, в которой нужно найти КПД или он известен, надо начать с логического рассуждения – какая работа является полезной, а какая затраченной.

Закон сохранения механической энергии

К оглавлению…

Полной механической энергией называется сумма кинетической энергии (т.е. энергии движения) и потенциальной (т.е. энергии взаимодействия тел силами тяготения и упругости):

Если механическая энергия не переходит в другие формы, например, во внутреннюю (тепловую) энергию, то сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся неизменной. Если же механическая энергия переходит в тепловую, то изменение механической энергии равно работе силы трения или потерям энергии, или количеству выделившегося тепла и так далее, другими словами изменение полной механической энергии равно работе внешних сил:

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему (т.е. такую в которой не действует внешних сил, и их работа соответственно равна нолю) и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной:

Это утверждение выражает закон сохранения энергии (ЗСЭ) в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой силами упругости и тяготения. Во всех задачах на закон сохранения энергии всегда будет как минимум два состояния системы тел. Закон гласит, что суммарная энергия первого состояния будет равна суммарной энергии второго состояния.

Алгоритм решения задач на закон сохранения энергии:

1. Найти точки начального и конечного положения тела.
2. Записать какой или какими энергиями обладает тело в данных точках.
3. Приравнять начальную и конечную энергию тела.
4. Добавить другие необходимые уравнения из предыдущих тем по физике.
5. Решить полученное уравнение или систему уравнений математическими методами.

Важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими силами действуют силы трения или силы сопротивления среды. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание). Таким образом энергия в целом (т.е. не только механическая) в любом случае сохраняется.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии.

Разные задачи на работу

К оглавлению…

Если в задаче требуется найти механическую работу, то сначала выберите способ её нахождения:

1. Работу можно найти по формуле: A = FS∙cosα. Найдите силу, совершающую работу, и величину перемещения тела под действием этой силы в выбранной системе отсчёта. Обратите внимание, что угол должен быть выбран между векторами силы и перемещения.
2. Работу внешней силы можно найти, как разность механической энергии в конечной и начальной ситуациях. Механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела.
3. Работу по подъёму тела с постоянной скоростью можно найти по формуле: A = mgh, где h – высота, на которую поднимается центр тяжести тела.
4. Работу можно найти как произведение мощности на время, т.е. по формуле: A = Pt.
5. Работу можно найти, как площадь фигуры под графиком зависимости силы от перемещения или мощности от времени.

Закон сохранения энергии и динамика вращательного движения

К оглавлению…

Задачи этой темы являются достаточно сложными математически, но при знании подхода решаются по совершенно стандартному алгоритму. Во всех задачах Вам придется рассматривать вращение тела в вертикальной плоскости. Решение будет сводиться к следующей последовательности действий:

1. Надо определить интересующую Вас точку (ту точку, в которой необходимо определить скорость тела, силу натяжения нити, вес и так далее).
2. Записать в этой точке второй закон Ньютона, учитывая, что тело вращается, то есть у него есть центростремительное ускорение.
3. Записать закон сохранения механической энергии так, чтобы в нем присутствовала скорость тела в той самой интересной точке, а также характеристики состояния тела в каком-нибудь состоянии про которое что-то известно.
4. В зависимости от условия выразить скорость в квадрате из одного уравнения и подставить в другое.
5. Провести остальные необходимые математические операции для получения окончательного результата.

При решении задач надо помнить, что:

• Условие прохождения верхней точки при вращении на нити с минимальной скоростью – сила реакции опоры N в верхней точке равна 0. Такое же условие выполняется при прохождении верхней точки мертвой петли.
• При вращении на стержне условие прохождения всей окружности: минимальная скорость в верхней точке равна 0.
• Условие отрыва тела от поверхности сферы – сила реакции опоры в точке отрыва равна нулю.

Неупругие соударения

К оглавлению…

Закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса позволяют находить решения механических задач в тех случаях, когда неизвестны действующие силы. Примером такого рода задач является ударное взаимодействие тел.

Ударом (или столкновением) принято называть кратковременное взаимодействие тел, в результате которого их скорости испытывают значительные изменения. Во время столкновения тел между ними действуют кратковременные ударные силы, величина которых, как правило, неизвестна. Поэтому нельзя рассматривать ударное взаимодействие непосредственно с помощью законов Ньютона. Применение законов сохранения энергии и импульса во многих случаях позволяет исключить из рассмотрения сам процесс столкновения и получить связь между скоростями тел до и после столкновения, минуя все промежуточные значения этих величин.

С ударным взаимодействием тел нередко приходится иметь дело в обыденной жизни, в технике и в физике (особенно в физике атома и элементарных частиц). В механике часто используются две модели ударного взаимодействия – абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.

Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.

При абсолютно неупругом ударе механическая энергия не сохраняется. Она частично или полностью переходит во внутреннюю энергию тел (нагревание). Для описания любых ударов Вам нужно записать и закон сохранения импульса, и закон сохранения механической энергии с учетом выделяющейся теплоты (предварительно крайне желательно сделать рисунок).

Абсолютно упругий удар

К оглавлению…

Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел. Во многих случаях столкновения атомов, молекул и элементарных частиц подчиняются законам абсолютно упругого удара. При абсолютно упругом ударе наряду с законом сохранения импульса выполняется закон сохранения механической энергии. Простым примером абсолютно упругого столкновения может быть центральный удар двух бильярдных шаров, один из которых до столкновения находился в состоянии покоя.

Центральным ударом шаров называют соударение, при котором скорости шаров до и после удара направлены по линии центров. Таким образом, пользуясь законами сохранения механической энергии и импульса, можно определить скорости шаров после столкновения, если известны их скорости до столкновения. Центральный удар очень редко реализуется на практике, особенно если речь идет о столкновениях атомов или молекул. При нецентральном упругом соударении скорости частиц (шаров) до и после столкновения не направлены по одной прямой.

Частным случаем нецентрального упругого удара может служить соударения двух бильярдных шаров одинаковой массы, один из которых до соударения был неподвижен, а скорость второго была направлена не по линии центров шаров. В этом случае векторы скоростей шаров после упругого соударения всегда направлены перпендикулярно друг к другу.

Законы сохранения. Сложные задачи

К оглавлению…

Несколько тел

В некоторых задачах на закон сохранения энергии тросы с помощью которых перемещаются некие объекты могут иметь массу (т.е. не быть невесомыми, как Вы могли уже привыкнуть). В этом случае работу по перемещению таких тросов (а именно их центров тяжести) также нужно учитывать.

Если два тела, соединённые невесомым стержнем, вращаются в вертикальной плоскости, то:

1. выбирают нулевой уровень для расчёта потенциальной энергии, например на уровне оси вращения или на уровне самой нижней точки нахождения одного из грузов и обязательно делают чертёж;
2. записывают закон сохранения механической энергии, в котором в левой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в начальной ситуации, а в правой части записывают сумму кинетической и потенциальной энергии обоих тел в конечной ситуации;
3. учитывают, что угловые скорости тел одинаковы, тогда линейные скорости тел пропорциональны радиусам вращения;
4. при необходимости записывают второй закон Ньютона для каждого из тел в отдельности.

Разрыв снаряда

В случае разрыва снаряда выделяется энергия взрывчатых веществ. Чтобы найти эту энергию надо от суммы механических энергий осколков после взрыва отнять механическую энергию снаряда до взрыва. Также будем использовать закон сохранения импульса, записанный, в виде теоремы косинусов (векторный метод) или в виде проекций на выбранные оси.

Столкновения с тяжёлой плитой

Пусть навстречу тяжёлой плите, которая движется со скоростью v, движется лёгкий шарик массой m со скоростью u_н. Так как импульс шарика много меньше импульса плиты, то после удара скорость плиты не изменится, и она будет продолжать движение с той же скоростью и в том же направлении. В результате упругого удара, шарик отлетит от плиты. Здесь важно понять, что не поменяется скорость шарика относительно плиты. В таком случае, для конечной скорости шарика получим:

Таким образом, скорость шарика после удара увеличивается на удвоенную скорость стены. Аналогичное рассуждение для случая, когда до удара шарик и плита двигались в одном направлении, приводит к результату согласно которому скорость шарика уменьшается на удвоенную скорость стены:

Задачи о максимальных и минимальных значениях энергии сталкивающихся шаров

В задачах такого типа главное понять, что потенциальная энергия упругой деформации шаров максимальна, если кинетическая энергия их движения минимальна – это следует из закона сохранения механической энергии. Сумма кинетических энергий шаров минимальна в тот момент, когда скорости шаров будут одинаковы по величине и направлены в одном направлении. В этот момент относительная скорость шаров равна нулю, а деформация и связанная с ней потенциальная энергия максимальна.

Мощность в каких единицах измеряется

В чем измеряется мощность

Ещё в 18 веке мощность стали считать в лошадиных силах. До сих пор эта физическая величина употребляется для обозначения силы двигателей. Рядом с показателем мощности двигателя внутреннего сгорания в ваттах продолжают писать значение в л.с.

Мощность как физическая величина, формула мощности

Значение, показывающее, как быстро происходят преобразование, трансляция или потребление энергии в какой-либо системе, – мощность. Для характеристик энергетических условий важно, насколько быстро выполняется процесс. Работа, реализуемая в единицу времени, именуется мощностью:

P = А/t,

где:

Можно учитывать отдельно мощность в механике и электрическую мощность.

Чтобы получить ответ на вопрос: в чем измеряется механическая мощность, рассматривают действие силы на движущееся тело. Сила проделывает работу, мощность в таком случае определяется по формуле:

N = F*v,

где:

При вращательном движении эту величину определяют с учётом момента силы и частоты вращения, «об./мин.».

Зависимость между электрическим током и мощностью

В электротехнике работой будет U – напряжение, которое перемещает 1 кулон, количество перемещаемых в единицу времени кулонов – это ток (I). Мощность электротока или электрическую мощность P получают, умножив ток на напряжение:

P = U*I.

Это полная работа, выполненная за 1 секунду.  Зависимость здесь прямая. Изменяя ток или напряжение, изменяют мощность, расходуемую устройством.

Одинакового значения Р добиваются, варьируя одну из двух величин.

Определение единицы измерения мощности тока

Единица измерения мощности тока носит имя Джеймса Ватта, шотландского инженера-механика. 1 Вт – это мощность, которую вырабатывает ток 1 А при разности потенциалов 1 В.

К примеру, источник при напряжении 3,5 В создаёт в цепи ток 0,2 А, тогда мощность тока получится:

P = U*I = 3,5*0,2 = 0,7 Вт.

Внимание! В механике мощность принято изображать буквой N, в электротехнике – буквой P. В чем измеряется n и P? Независимо от обозначения, это одна величина, и измеряется она в ваттах «Вт».

Ватт и другие единицы измерения мощности

Говоря о том, в чем измеряется мощность, необходимо знать, о чём идёт речь. Ватт – это величина, соответствующая 1 Дж/с. Она принята в Международной Системе Единиц. В каких единицах ещё измеряется мощность?  Раздел науки астрофизика работает с единицей под названием эрг/с. Эрг – очень маленькая величина, равная 10-7 Вт.

Ещё одна, поныне распространённая, единица из этого ряда – «лошадиная сила».  В 1789 году Джеймс Ватт подсчитал, что груз весом 75 кг из шахты может вытащить одна лошадь и сделать это со скоростью 1 м/с. Исходя из подсчёта такой трудоёмкости, мощность двигателей допускается измерить этой величиной в соотношении:

1 л.с. = 0,74 кВт.

Интересно. Американцы и англичане считают, что 1 л.с. = 745.7 Вт, а русские – 735.5 Вт. Спорить, кто прав, а кто нет, не имеет смысла, так как мера эта внесистемная и не должна быть использована. Международная организация законодательной метрологии рекомендует изъять её из обращения.

В России при расчёте полиса КАСКО или ОСАГО используют эти данные силового агрегата автомобиля.

Формула взаимосвязи между мощностью, напряжением и силой тока

В электротехнике работу рассматривают как некоторое количество энергии, отдаваемое источником питания на действие электроприбора в период времени. Поэтому электрическая мощность есть величина, описывающая быстроту трансформации или передачи электроэнергии. Её формула для постоянного тока выглядит так:

P = U*I,

где:

• U – напряжение, В;
• I – сила тока, А.

Для некоторых случаев, пользуясь формулой закона Ома, мощность можно вычислить, подставив значение сопротивления:

P = I*2*R, где:

• I – сила тока, А;
• R – сопротивление, Ом.

В случае расчётов мощности цепей переменного тока придётся столкнуться с тремя видами:

• активная её формула: P = U*I*cos ϕ, где – коэффициент угла сдвига фаз;
• реактивная рассчитывается: Q = U*I*sin ϕ ;
• полная представлена в виде: S = √P2 + Q2, гдe P – aктивная, а Q2 – реактивная.

Расчёты для однофазной и трёхфазной цепей переменного тока выполняются по разным формулам.

Важно! Потребители электроэнергии на предприятиях в большинстве асинхронные двигатели, трансформаторы и другие индуктивные приёмники. При работе они используют реактивную мощность, а та, протекая по линиям электропередач, приводит ЛЭП к дополнительной нагрузке. Чтобы повысить качество энергии, используют компенсацию реактивной энергии в виде конденсаторных установок.

Приборы для измерения электрической мощности

Провести измерения мощности позволяет ваттметр. У него две обмотки. Одна включается в цепь последовательно, как амперметр, вторая параллельно, как вольтметр. В установках электроэнергетики ваттметры определяют значения в киловатт-час «кВт*час». В измерениях нуждается не только электрическая, а также лазерная энергия. Приборы, способные измерять этот показатель, изготавливаются как стационарного, так и переносного исполнения. С их помощью оценивают уровень  лазерных излучений оборудования, применяющего этот вид энергии. Один из портативных измерителей – LP1, японского производителя. LP1 разрешает напрямую определять значения силы светового излучения, к примеру, в визуальном пятне оптических устройств проигрывателей DVD.

Мощность в бытовых электрических приборах

Для нагрева металла нити накаливания лампочки, увеличения температуры рабочей поверхности утюга или иного бытового прибора, тратится определённое количество электроэнергии. Её величину, отбираемую нагрузкой за час, считают потребляемой мощностью этого аппарата.

Внимание! Если на лампочке написано «40 W, 230 V», это значит, что за 1 час она потребляет из сети переменного тока 40 Вт. Зная количество лампочек и параметры, подсчитывают, сколько энергии тратится на освещение комнат в месяц.

Как перевести ватты

Так как ватт – величина маленькая, в быту оперируют киловаттами, пользуются системой перевода величин:

• 1 Вт = 0,001 кВт;
• 10 Вт = 0,01 кВт;
• 100 Вт = 0,1 кВт;
• 1000 Вт = 1 кВт.

Мощность некоторых электрических приборов, Вт

Средние значения потребления электроэнергии бытовых устройств:

• плиты – 110006000 Вт;
• холодильники – 150-600 Вт;
• стиральные машины – 1000-3000 Вт;
• пылесосы – 1300-4000 Вт;
• электрочайники – 2000-3000 Вт.

Параметры каждого бытового прибора указываются в паспорте, а также обозначаются на корпусе. Там определены точные значения для информации потребителя.

Видео

Мощность (физика) — это… Что такое Мощность (физика)?

Мощность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Эффективная мощность, мощность двигателя, отдаваемая рабочей машине непосредственно или через силовую передачу. Различают полезную, полную и номинальную Э. м. двигателя. Полезной называют Э. м. двигателя за вычетом затрат мощности на приведение в действие вспомогательных агрегатов или механизмов, необходимых для его работы, но имеющих отдельный привод (не от двигателя непосредственно). Полная Э. м. — мощность двигателя без вычета указанных затрат. Номинальная Э. м., или просто номинальная мощность, — Э. м., гарантированная заводом-изготовителем для определённых условий работы. В зависимости от типа и назначения двигателя устанавливаются Э. м., регламентируемые стандартами или техническими условиями (например, наибольшая мощность судового реверсивного двигателя при определённой частоте вращения коленчатого вала в случае заднего хода судна — так называемая мощность заднего хода, наибольшая мощность авиационного двигателя при минимальном удельном расходе топлива — так называемая крейсерская мощность и т. п.). Э. м. зависит от форсирования (интенсификации) рабочего процесса, размеров и механического кпд двигателя.[1]

Так как работа является мерой изменения энергии, мощность можно определить также как скорость изменения энергии системы.

Единицы измерения

В системе СИ единицей измерения мощности является ватт, равный одному джоулю, делённому на секунду.

Другой распространённой единицей измерения мощности является лошадиная сила.

Мощность в механике

Если на движущееся тело действует сила, то эта сила совершает работу. Мощность в этом случае равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется тело:

F — сила, v — скорость, α — угол между вектором скорости и силы.

Частный случай мощности при вращательном движении:

M — момент,  — угловая скорость,  — число пи, n — частота вращения (об/мин).

Электрическая мощность

Основная статья: Электрическая мощность

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

S=P+jQ

S — Полная мощность, ВА

P — Активная мощность, Вт

Q — Реактивная мощность, ВАр

Приборы для измерения мощности

• Ваттметр
• Варметр
• Фазометр

Примечания

1. ↑ Большая Советская энциклопедия
2. ↑ «метрическая лошадиная сила»

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

Единицы измерения мощности

Программа КИП и А

Мощность — физическая величина, равная скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. Также мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Международная система единиц (СИ)

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения мощности является ватт [Вт],[W], равный одному джоулю [Дж],[J], делённому на секунду.   1 ватт определяется как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль. Таким образом, ватт является производной единицей измерения и связан с другими единицами СИ следующими соотношениями:

• Вт = Дж / с = кг·м²/с
• Вт = H·м/с
• Вт = В·А
• 1 Мегаватт [МВт] = 1000 кВт
• 1 Киловатт [кВт] = 1000 Вт
• 1 Вольт-ампер [В·А] = 1 Вт

Внесистемные единицы

• 1 Гигакалория в секунду [Гкал/с], [Gcal/s] = 4186.8 МВт
• 1 Килокалория в секунду [ккал/с], [kcal/s] = 4186.8 Вт
• 1 Калория в секунду [кал/с], [cal/s] = 4.1868 Вт
• 1 Гигакалория в час [Гкал/ч], [Gcal/h] = 1.163 МВт
• 1 Килокалория в час [ккал/ч], [kcal/h] = 1.163 Вт
• 1 Калория в час [кал/ч], [cal/h] = 0.001163 Вт
• 1 Котловая лошадинная сила [hp(S)] = 9809.5 Вт
• 1 Электрическая лошадиная сила [hp(E)] = 746 Вт
• 1 Гидравлическая лошадиная сила [hp(H)] = 745.7 Вт
• 1 Механическая лошадиная сила [hp(I)] = 745.69987158227022 Вт
• 1 Метрическая лошадиная сила [hp(M)] = 735.49875 Вт
• 1 Килограмм·м/с [кг·м/с] = 9.80665 Вт
• 1 Джоуль в секунду [Дж·с]= 1 Вт
• 1 Джоуль в час [Дж·ч] = 0.0002777777777777 Вт
• 1 Эрг в секунду [эрг·с] = 0.0000001 Вт
• 1 Метрическая тонна охлаждения [RT] = 3861.15995 Вт

США и Британия

• 1 Американская тонна охлаждения [USRT] = 3.51686666 кВт
• 1 Британская термальная единица в секунду [BTU/s] = 1055.06 Вт
• 1 Британская термальная единица в минуту [BTU/m] = 17.584333 Вт
• 1 Британская термальная единица в час [BTU/h] = 0.293072224 Вт
• 1 Фунт на фут в секунду [ft·lbf/s] = 1.35581795 Вт

Мощность тока: единица измерения электрической величины, формулы для ее определения

Мощность является физическим показателем. Она определяет работу, производимую во временном отрезке и помогающую измерять энергетическое изменение. Благодаря единице измерения мощности тока легко определяется скоростное энергетическое течение энергии в любом пространственном промежутке.

Из-за прямой зависимости мощности от напряжения в сети и токовой нагрузки следует, что эта величина может появляться как от взаимодействия большого тока с малым напряжением, так и в результате возникновения значительного напряжения с малым током. Такой принцип применим для превращения в трансформаторах и при передаче электроэнергии на огромные расстояния.

Существует формула для расчета этого показателя. Она имеет вид P = A / t = I * U, где:

• Р является показателем токовой мощности, измеряется в ваттах;
• А — токовая работа на цепном участке, исчисляется джоулями;
• t выступает временным промежутком, на протяжении которого совершалась токовая работа, определяется в секундах;
• U является электронапряжением участка цепи, исчисляется Вольтами;
• I — токовая сила, исчисляется в амперах.

Электрическая мощность может иметь активные и реактивные показатели. В первом случае происходит преобразование мощностной силы в иную энергию. Ее измеряют в ваттах, так как она способствует преобразованию вольта и ампера.

Реактивный показатель мощности способствует возникновению самоиндукционного явления. Такое преобразование частично возвращает энергетические потоки обратно в сеть, из-за чего происходит смещение токовых значений и напряжения с отрицательным воздействием на электросеть.

Определение активного и реактивного показателя

Активная мощностная сила вычисляется путем определения общего значения однофазной цепи в синусоидальном токе за нужный временной промежуток. Формула расчета представлена в виде выражения Р = U * I * cos φ, где:

• U и I выступают в качестве среднеквадратичного токового значения и напряжения;
• cos φ является углом межфазного сдвига между этими двумя величинами.

Благодаря мощностной активности электроэнергия превращается в другие энергетические виды: тепловую и электромагнитную энергии. Любая электросеть с током синусоидального или несинусоидального направления определяет активность цепного участка суммированием мощностей каждого отдельного цепного промежутка. Электромощность трехфазного цепного участка определяется суммой каждой фазной мощности.

Аналогичным показателем активной мощностной силы считается величина мощности прохождения, которая рассчитывается путем разницы между ее падением и отражением.

Реактивный показатель измеряется в вольт-амперах. Он является величиной, применяемой для определения электротехнических нагрузок, создаваемых электромагнитными полями внутри цепи переменного тока. Единица измерения мощности электрического тока вычисляется умножением среднеквадратичного значения напряжения в сети U на переменный ток I и угол фазного синуса между этими величинами. Формула расчета выглядит следующим образом: Q = U * I * sin.

Если токовая нагрузка меньше напряжения, тогда фазное смещение носит положительное значение, если наоборот — отрицательное.

Величина измерения

Основной электротехнической единицей является мощность. Для того чтобы определить, в чем измеряется мощность электрического тока, нужно изучить основные характеристики этой величины. По законам физики ее измеряют в ваттах. В условиях производства и в быту величина переводится в киловатты. Вычисления крупных мощностных масштабов требуют перевода в мегаватты. Такой подход практикуется на электростанциях для получения электрической энергии. Работа исчисляется в джоулях. Величина определяется следующими соотношениями:

• 1 Джоуль равен 1 Ватту, умноженному на 1 секунду;
• 1 кДж = 1000 Дж;
• 1Мдж = 1000000 Дж;
• 1 ватт/час = 1 киловатт/час;
• 1 кВт * ч = 1000 Вт * 3600 с = 3600000 Дж.

Потребительская мощностная сила обозначается на самом электроприборе или в паспорте к нему. Определив этот параметр, можно получить значения таких показателей, как напряжение и электрический ток. Используемые показатели указывают, в чем измеряется электрическая мощность, они могут выступать в виде ваттметров и варметров. Реактивная сила показателя мощности определяется фазометром, вольтметром и амперметром. Государственным эталоном того, в чем измеряется мощность тока, считается частотный диапазон от 40 до 2500 Гц.

Примеры вычислений

Для расчета тока чайника при электромощности 2 КВт используется формула I = P / U = (2 * 1000) / 220 = 9 А. Для запитывания прибора в электросеть не используется длина разъема в 6 А. Приведенный пример применим только тогда, когда полностью совпадает фазное и токовое напряжение. По такой формуле рассчитывается показатель всех бытовых приборов.

Если цепь является индуктивной или имеет большую емкость, то рассчитывать мощностную единицу тока необходимо, используя другие подходы. К примеру, мощность в двигателе с переменным током определяется с помощью формулы Р = I * U * cos.

При подключении прибора к трехфазной сети, где напряжение будет составлять 380 В, для определения показателя суммируются мощности каждой фазы в отдельности.

В качестве примера можно рассмотреть котел из трех фаз мощностной вместимостью 3 кВт, каждая из которых потребляет 1 кВт. Ток на фазе рассчитывается по формуле I = P / U * cos φ = (1 * 1000) / 220 = 4,5 А.

На любом приборе обозначается показатель электромощности. Передача большого мощностного объема, применяемая в производстве, осуществляется по линиям с высоким напряжением. Энергия преобразовывается с помощью подстанций в электроток и подается для использования в электросети.

Благодаря несложным расчетам определяется мощностная величина. Зная ее значение, можно сделать правильный подбор напряжения для полноценной работы приборов бытового и промышленного предназначения.7 ДЖ/кгНайти:КПД​

Какая сила удерживает от падения тетрадь на столе? Изобразите её схематично, на рисунке укажите: а) силы, действующие на тетрадь б) силу, с которой те … традь действует на стол​

CРОЧНО ПОЖАЛУЙСТА!!!!!!эфир массой 2кг, нагретый до температуры кипения, получает от плиты количество теплоты 78кДж в минуту. за какое время весь эфир … выкипит? (Lэфир=0,4*10₆Дж\кг)

Относительная влажность в комнате при температуре 22℃ равна 62%. Чему равна плотность водяного пара в этой комнате, если плотность насыщенного пара пр … и температуре 22℃ равна 19,4 кг/м³?(пожалуйста полное оформление вместе с Дано)​

Астрономы повседневно находят новые звёзды и планеты при помощи различных телескопов. Наблюдая за взаимодействием и движением планет и звёзд, астроном … ы определяют их различные характеристики, например радиус, скорость движения и вращения, изменение траектории под воздействием других небесных тел и т. п. Из полученных величин они рассчитывают некоторые другие характерные величины, такие, например, как массу, объём, плотность, ускорение свободного падения. Учёные открыли новую планету XRBC-1529, радиус которой равен 8,7 тыс. километров, а масса которой составляет 3,6⋅1024 кг. Каково будет ускорение свободного падения у поверхности открытой планеты? = мс2. (Результат округли до одного знака после запятой.)

1)Какова плотность металла,масса которого 3кг, а объём 200см³?2)Найдите массу золотого бруска длиной 8см, шириной 4см, толщиной 2см. При вычислениях п … ринять,что золото плотнее воды в 19,3раза.3)Размеры комнаты: длина 4м, ширина 2,5 м, высота 2м. Определите массу воздуха,занимающего весь объем комнаты, если его плотность равна 1,3кг/м³. помогите пожалуйста:&lt;​

СРОЧНО!!! Для приготування гречаної каші домогосподарка залила 650 г гречки водою об’ємом 1,5 л. Скільки води википіло під час приготування каші, вваж … аючи, що вода або википає, або поглинається крупою і йде на збільшення її об’єму. Густина сухої зернини гречки 1,3 г/см3, вареної – 1,1 г/см3, води – 1 г/см3.

Мощность

Мощность — это скорость выполнения работы. Это соотношение работы / времени. Математически это вычисляется с использованием следующего уравнения.

или

P = Вт / т

Стандартная метрическая единица измерения мощности — Вт .Как следует из уравнения мощности, единица мощности эквивалентна единице работы, деленной на единицу времени. Таким образом, ватт эквивалентен джоулям в секунду. По историческим причинам термин лошадиных сил иногда используется для описания мощности, выдаваемой машиной. Одна лошадиная сила эквивалентна примерно 750 Вт.

Большинство машин спроектировано и построено для работы с объектами. Все машины обычно характеризуются номинальной мощностью.Номинальная мощность указывает скорость, с которой эта машина может работать с другими объектами. Таким образом, мощность машины — это соотношение работы / времени для этой конкретной машины. Автомобильный двигатель — это пример машины, которой задана номинальная мощность. Номинальная мощность относится к тому, насколько быстро автомобиль может разгонять автомобиль. Предположим, что двигатель мощностью 40 лошадиных сил может разогнать автомобиль от 0 миль / час до 60 миль / час за 16 секунд. Если бы это было так, то автомобиль, в четыре раза превышающий мощность, мог бы выполнять такой же объем работы за четверть времени.То есть 160-сильный двигатель мог разогнать тот же автомобиль с 0 миль / час до 60 миль / час за 4 секунды. Дело в том, что при одинаковом объеме работы мощность и время обратно пропорциональны. Уравнение мощности предполагает, что более мощный двигатель может выполнять такой же объем работы за меньшее время.

Человек — это также машина с номинальной мощностью . Некоторые люди более властны, чем другие. То есть некоторые люди способны выполнять тот же объем работы за меньшее время или больше за то же время.Обычная физическая лаборатория включает в себя быстрый подъем по лестнице и использование информации о массе, росте и времени для определения личных возможностей ученика. Несмотря на диагональное движение по лестнице, часто предполагается, что горизонтальное движение является постоянным, и вся сила от ступенек используется для поднятия ученика вверх с постоянной скоростью. Таким образом, вес ученика равен силе, которая воздействует на ученика, а высота лестницы — это смещение вверх. Предположим, что Бен Пумпинирон поднимает свое 80-килограммовое тело на 2.0-метровый подъезд за 1,8 секунды. Если бы это было так, то мы могли бы рассчитать номинальную мощность Бена . Можно предположить, что Бен должен приложить к лестнице нисходящую силу 800 Ньютон, чтобы поднять свое тело. Поступая таким образом, лестница толкала тело Бена вверх с достаточной силой, чтобы поднять его тело вверх по лестнице. Также можно предположить, что угол между силой лестницы на Бена и смещением Бена равен 0 градусов. Используя эти два приближения, можно определить номинальную мощность Бена, как показано ниже.

Номинальная мощность Бена — 871 Вт. Он вполне себе лошадка .

Выражение для мощности — работа / время. А поскольку выражение для работы — это сила * смещение, выражение для мощности можно переписать как (сила * смещение) / время. Поскольку выражение для скорости — это смещение / время, выражение для мощности можно еще раз переписать как «сила * скорость».Это показано ниже.

Это новое уравнение мощности показывает, что мощная машина одновременно сильна (большая сила) и быстра (большая скорость). Мощный автомобильный двигатель — сильный и быстрый. Мощная сельхозтехника — прочная и быстрая. Сильный тяжелоатлет силен и быстр. Сильный лайнсмен футбольной команды силен и быстр. Машина , достаточно сильная, чтобы приложить большую силу, чтобы вызвать смещение за небольшой промежуток времени (т.е., большая скорость) — машина мощная.

Используйте свое понимание работы и власти, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Два студента-физика, Уилл Н. Эндейбл и Бен Пумпинирон, в зале для тяжелой атлетики. Уилл поднимает 100-фунтовую штангу над головой 10 раз за одну минуту; Бен поднимает 100-фунтовую штангу над головой 10 раз за 10 секунд.Какой студент больше всего работает? ______________ Какой ученик дает больше всего энергии? ______________ Объясните свои ответы.

2. В физической лаборатории Джек и Джилл взбежали на холм. Джек вдвое массивнее Джилл; тем не менее, Джилл преодолевает то же расстояние за половину времени. Кто работал больше всего? ______________ Кто доставил больше всего энергии? ______________ Объясните свои ответы.

3. Уставшая белка (масса около 1 кг) отжимается, прикладывая силу, поднимающую ее центр масс на 5 см, чтобы выполнить работу всего на 0,50 Дж. Если уставшая белка проделывает всю эту работу за 2 секунды, то определите ее мощность.

4. При подтягивании студентка-физик поднимает ее 42.0-кг тело на дистанцию ​​0,25 метра за 2 секунды. Какую силу развивают бицепсы ученика?

5. Ежемесячный счет за электроэнергию в вашей семье часто выражается в киловатт-часах. Один киловатт-час — это количество энергии, доставленное потоком 1 киловатт электроэнергии за один час. Используйте коэффициенты преобразования, чтобы показать, сколько джоулей энергии вы получаете, покупая 1 киловатт-час электроэнергии.

6. Эскалатор используется для перемещения 20 пассажиров каждую минуту с первого этажа универмага на второй. Второй этаж расположен на высоте 5,20 метра над первым этажом. Средняя масса пассажира — 54,9 кг. Определите требуемую мощность эскалатора, чтобы переместить это количество пассажиров за это время.

лошадиных сил — Physics LibreTexts

Введение

В этом небольшом документе обсуждается измерение мощности двигателя, в частности лошадиных сил двигателя автомобиля или мотоцикла.Уровень обсуждения должен соответствовать начальному курсу физики университетского уровня.

Поскольку мощность в лошадиных силах основана на британской системе единиц и до сих пор обычно указывается производителями транспортных средств, мы будем в значительной степени игнорировать единицы СИ.

Номера уравнений, обозначенные как SJ , являются числами R.A. Серуэй и Дж. Джеветт, Принципы физики: текст, основанный на исчислении , 3-е изд .; номера формул в скобках взяты не из этого текста.

Для эффективного просмотра этого документа на вашем компьютере должен быть установлен проигрыватель Flash версии не ниже 5. Flash-плеер доступен бесплатно по адресу http://www.macromedia.com/.

Work & Power

Когда сила F действует в направлении движения на объект, после того, как объект переместился на расстояние \ (\ Delta \) r , работа W , выполняемая над объектом, следующая:

\ [W = F \ Delta r \ tag {SJ: 6.2} \]

Если работа выполняется за время \ (\ Delta \) t , то мощность P является скорость выполнения работы:

\ [P = \ frac {W} {\ Delta t} \ tag {SJ: 6.25} \]

Единица мощности в системе СИ — ватт (Вт), названная в честь Джеймса Ватта, который изобрел современный паровой двигатель. Размеры указаны в Н-м / с. Британские единицы мощности — фут-фунт / сек.

Примерно в 1775 году Ватт представил еще одно устройство для измерения мощности: лошадиных сил (л.с.). В то время лошади использовались для подъема угля из шахты, как показано справа.

Ватт узнал, что «сильная лошадь может поднять 150 фунтов на высоту 220 футов за 1 минуту». Он определил это как одну лошадиную силу.

1 л.с. — 150 фунтов x 220 футов / 60 секунд = 550 фут-фунт / сек.

Измерение мощности двигателя

Прямое измерение

В принципе, мы могли бы измерить мощность двигателя так же, как определил Ватт: посмотреть, какой вес двигатель может поднять на заданное расстояние за заданное время .

Анимация справа иллюстрирует двигатель мотоцикла. На коленчатом валу установлен шкив, который вращается вместе с двигателем. Груз подвешен на шкиве на веревке, и двигатель поднимает груз с постоянной скоростью.Груз имеет величину F , а шкив имеет радиус r .

На практике этот метод очень сложно использовать, поскольку реальный двигатель вращается со скоростью тысячи оборотов в минуту.

Косвенное измерение

Способ измерения мощности двигателя, как правило, аналогичен показанному на рисунке справа. Шкив, установленный на коленчатом валу двигателя, контактирует с другим шкивом через материал с высоким коэффициентом трения между ними.На второй шкив подвешивается груз, и его масса регулируется так, чтобы он оставался неподвижным.

Лабораторный эксперимент «Механический эквивалент тепла» использует очень похожую технику. Руководство по эксперименту (pdf, 297 КБ) находится здесь.

Двигатель, показанный на этих анимациях, взят от мотоцикла Suzuki SV650. Изображение используется с разрешения. Исходный сайт: www.koups.com/sales/suzuki/sp…sv650_info.htm

В приведенном выше примере Direct Measurment после одного оборота двигателя работа, выполняемая им, — это окружность шкива. умноженное на силу:

\ [W_ {1 ~ rev} = 2 \ pi rF \ tag {1} \]

Когда приложенная сила F действует под углом \ (\ varphi \) относительно положения вектор r , определяющий точку приложения силы, крутящий момент равен:

\ [\ tau = rF \ sin (\ phi) \ tag {SJ: 10.18} \]

Для Direct Measurement угол \ (\ varphi \) составляет 90 градусов, поэтому крутящий момент, создаваемый двигателем, составляет r x F . Таким образом, мы переписываем уравнение (1) в терминах крутящего момента, создаваемого двигателем:

\ [W_ {1 ~ rev} = 2 \ pi \ tau \ tag {2} \]

для косвенного измерения , общий крутящий момент на втором шкиве равен нулю, поскольку он неподвижен. Таким образом, крутящий момент, прилагаемый к нему двигателем через первый шкив, равен крутящему моменту, создаваемому весом, и противоположен ему.Таким образом, крутящий момент, создаваемый двигателем, такой же, как у Direct Measurement : r x F . Точно так же уравнения (1) и (2) выше показывают работу, совершаемую двигателем после одного оборота; энергия в этом случае уходит в тепло, выделяемое трением.

После того, как двигатель совершит \ (\ Delta \) n оборотов, выполняется следующая работа:

\ [W _ {\ Delta n ~ rev} = 2 \ pi \ tau \ Delta n \ tag {3} \ ]

Таким образом, скорость выполняемой работы, мощность, равна:

\ [P = 2 \ pi \ tau \ left (\ frac {\ Delta n} {\ Delta t} \ right) \ tag {4} \]

Обычно скорость двигателя измеряется в оборотах в минуту ( об / мин, ), что связано с оборотами в секунду следующим образом:

\ [\ frac {\ Delta n} {\ Delta t} = \ frac {rpm} {60} \ tag {5} \]

Таким образом, мощность равна:

\ [P = \ frac {2 ~ \ pi ~ \ tau ~ rpm} {60} \ tag {6} \ ]

В британской системе единиц измерения мощности в уравнении (6) равны фут-фунт / сек .Поскольку 1 л.с. составляет 550 фут-фунт / сек, то мощность двигателя составляет:

\ [hp = \ frac {2 ~ \ pi ~ \ tau ~ rpm} {60 (550)} \ tag {7a} \]

\ [hp = \ frac {\ tau ~ rpm} {5252} \ tag {7b} \]

Выводы

Мы видели, что лошадиных сил двигателя получены из измерения его крутящий момент . Кратковременное размышление может убедить вас, что крутящий момент действительно является фундаментальной величиной, представляющей интерес для измерения силы двигателя, поскольку именно крутящий момент, прилагаемый дорожным покрытием к колесам, заставляет транспортное средство ускоряться.

Вы также можете увидеть из уравнения. (7b) видно, что при 5252 об / мин мощность всегда численно равна крутящему моменту. Когда частота вращения меньше 5252 об / мин, мощность в лошадиных силах меньше крутящего момента, а когда частота вращения больше 5252 об / мин, мощность больше, чем крутящий момент.

Устройство, измеряющее мощность двигателя, называется динамометром . Ниже приведен результат «динамометрического» измерения индивидуального мотоциклетного двигателя V-twin объемом 1200 куб. См. Светло-синяя кривая — это крутящий момент, а темно-синяя — мощность.

Приведенный выше график был составлен для двигателя, настроенного Моше К. Леви, и используется с разрешения. Исходный сайт — http://www.mklsportster.com/xlnallinstage2.htm.

Наконец, для повседневного использования в автомобиле хороший двигатель обеспечивает высокий крутящий момент и передает этот крутящий момент в широком диапазоне оборотов. Производная мощность в лошадиных силах далеко не так точна для двигателя.

Вопрос

В системе единиц СИ мощность двигателя обычно выражается в киловаттах, а крутящий момент — в Н-м.Что эквивалентно уравнению. (7b) для динамометра, который измеряет крутящий момент в единицах СИ и для которого мы хотим выразить мощность в кВт?

лошадиных сил для подкожных инъекций — Feature — Car and Driver

Двигатели предназначены для работы на общедоступном топливе, но, как известно каждому уличному гонщику, добавление небольшого количества дополнительных компонентов может улучшить производительность. (Некоторые спортсмены, кажется, тоже подхватили эту концепцию.) Вспомогательные системы впрыска обеспечивают огромный прирост мощности в относительно простом в установке корпусе. То, что впрыскивается, обычно попадает в одну из трех категорий: охлаждающие жидкости, усилители кислорода или дополнительное топливо. Вот как они работают.

МОЖЕТЕ ПОПРОБОВАТЬ ЭТО ДОМА: Ваш двигатель спроектирован так, чтобы справляться с той мощностью, которую он выдает на складе. Все усилители кратковременной мощности создают дополнительную нагрузку на внутренние компоненты. Если вы думаете о добавлении чего-нибудь в свой двигатель, возможно, вам придется усилить свои крутящиеся части.

ААРОН КИЛИ

охлаждающая жидкость

Когда вы распыляете воду во впускной коллектор двигателя, вода испаряется, понижая температуру всасываемого заряда и делая его более плотным. Более плотный заряд означает, что в цилиндры поступает больше воздуха и топлива, что приводит к увеличению мощности. Более низкая температура заряда также значительно снижает вероятность детонации или детонации, обеспечивая либо более высокую степень сжатия, либо большее давление наддува.Хотя в двигателях без наддува при нормальных температурах от впрыска воды мало пользы, в двигателях с турбонаддувом или наддувом, где наддув увеличивает нагрев, снижение температуры может быть значительным — возможно, более чем на 100 градусов. Это особенно полезно, если в двигателе отсутствует промежуточный охладитель. В этих системах закачиваемая вода обычно смешивается со спиртом для предотвращения замерзания, поэтому они также широко известны как впрыскивание спирта или метанола. Независимо от названия, впрыск воды является полезной защитой для тех, кто усиливает или увеличивает существующий наддув на стандартном двигателе.

УСИЛЕНИЕ: в зависимости от того, насколько агрессивно человек хочет быть с увеличением наддува и сколько воды он выбирает для закачки, увеличение мощности может варьироваться от 10 до 25 процентов.

кислородные усилители

Выходная мощность любого двигателя ограничена количеством кислорода, который он может проглотить. Вот почему наиболее быстрые решения — больший рабочий объем, более высокие обороты, принудительная индукция — сосредоточены на перекачке большего количества воздуха. Но такого же результата можно добиться, добавив вещество, содержащее кислород.Наиболее распространенным из них является закись азота, или N2O, которая на 33 процента состоит из кислорода (в атмосферном воздухе — около 21 процента). Впрыск во впускной коллектор увеличивает количество кислорода, попадающего в цилиндры. Сам по себе закись азота не дает большей мощности; это помогает двигателю производить больше, позволяя ему сжигать больше топлива, которое вы должны быть уверены, что он получит. Преимущества закиси азота для выходной мощности соединения, поскольку он хранится в виде жидкости в резервуаре под давлением. По мере испарения он также охлаждает всасываемый заряд, увеличивая плотность заряда, дополнительно увеличивая потребление кислорода.

УСИЛЕНИЕ: Типичная 10-фунтовая бутылка может обеспечить прирост в 100 л.с. в течение примерно двух минут, но это время ускорения уменьшается по мере увеличения скачка мощности.

дополнительное топливо

Поскольку дизельное топливо начинает гореть вскоре после его впрыска, у него мало возможностей для тщательного перемешивания топлива и воздуха. Дизели оставляют около одной пятой воздуха в цилиндрах неиспользованными, что является одной из причин, по которой они вырабатывают меньше лошадиных сил, чем бензиновые двигатели. Эта проблема может быть решена путем впрыска другого топлива, такого как пропан, во впускной коллектор дизеля, что дает ему достаточно времени для перемешивания.Процесс сгорания все еще начинается при впрыске дизельного топлива, но более бедная смесь пропана помогает потреблять впустую потраченный в противном случае воздух. Смесь пропана и воздуха также увеличивает скорость сгорания, что повышает эффективность. Аналогичный результат достигается при введении спирта в дизельные сети.

ПРИБЫЛЬ: A заявил 25 процентов.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

9.1 Работа, мощность и теорема работы – энергии — Физика

Задачи обучения секции

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Опишите и примените теорему работа – энергия
• Опишите и рассчитайте работу и мощность

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:

• (6) Научные концепции.Учащийся знает, что в физической системе происходят изменения, и применяет законы сохранения энергии и количества движения. Ожидается, что студент:
  • (А) описать и применить теорему работа – энергия;
  • (С) описать и рассчитать работу и мощность.

Кроме того, Лабораторное руководство по физике средней школы рассматривает следующие стандарты:

• (6) Научные концепции. Учащийся знает, что в физической системе происходят изменения, и применяет законы сохранения энергии и количества движения.Ожидается, что студент:
  • (С) вычислить механическую энергию, мощность, генерируемую внутри, импульс и импульс физической системы.

Используйте лабораторную работу под названием «Работа и энергия» в качестве дополнения к содержанию этого раздела.

Раздел Основные термины

Поддержка учителей

Поддержка учителей

В этом разделе учащиеся узнают, как работа определяет изменения кинетической энергии, а мощность — это скорость, с которой выполняется работа.

[BL] [OL] Пересмотрите понимание массы, скорости и ускорения под действием силы тяжести. Дайте общие определения слов потенциал и кинетический .

[AL] [AL] Напомните учащимся уравнение W = PEe = fmgW = PEe = fmg. Обратите внимание на то, что ускорение свободного падения является постоянным, поэтому PE _e , возникающее в результате работы, выполняемой под действием силы тяжести, также будет постоянным. Сравните это с ускорением из-за других сил, таких как задействование мышц для подъема камня, которое может быть непостоянным.

Теорема работы – энергии

В физике термин работа имеет очень конкретное определение. Работа — это приложение силы ff для перемещения объекта на расстояние d в направлении приложения силы. Работа, Вт , описывается уравнением

Некоторые вещи, которые мы обычно считаем работой, не работают в научном смысле этого слова. Рассмотрим несколько примеров. Подумайте, почему каждое из следующих утверждений верно.

• Домашнее задание — это не работа.
• Подъем камня вверх от земли — это работы.
• Перенести камень по лужайке с постоянной скоростью по прямой — это не работа.

Первые два примера довольно просты. Домашнее задание — это не работа, потому что предметы не перемещаются на расстояние. Поднять камень над землей — это работа, потому что камень движется в направлении приложения силы. Последний пример менее очевиден. Вспомните из законов движения, что сила , а не , необходимая для перемещения объекта с постоянной скоростью.Следовательно, хотя может быть приложена некоторая сила для удержания камня от земли, результирующая сила не применяется, чтобы камень двигался вперед с постоянной скоростью.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[BL] [OL] Объясните: когда эта теорема применяется к объекту, который сначала находится в состоянии покоя, а затем ускоряется, член 12mv1212mv12 равен нулю.

[OL] [AL] Работа измеряется в джоулях и W = fdW = fd. Сила измеряется в ньютонах, а расстояние в метрах, поэтому джоули эквивалентны ньютон-метрам (Н⋅м) (Н⋅м)

Работа и энергия тесно связаны.Когда вы работаете, чтобы переместить объект, вы изменяете его энергию. Вы (или объект) также тратите энергию на выполнение работы. Фактически, энергию можно определить как способность выполнять работу. Энергия может принимать самые разные формы, и одна форма энергии может трансформироваться в другую. В этой главе мы будем иметь дело с механической энергией, которая бывает двух видов: кинетическая энергия и потенциальная энергия.

• Кинетическая энергия также называется энергией движения. Движущийся объект обладает кинетической энергией.
• Потенциальная энергия, иногда называемая накопленной энергией, бывает нескольких форм.Гравитационная потенциальная энергия — это запасенная энергия, которую объект имеет в результате его положения над поверхностью Земли (или другим объектом в космосе). Американские горки на вершине холма обладают потенциальной гравитационной энергией.

Давайте посмотрим, как работа с объектом меняет его энергию. Если мы приложим силу, чтобы оторвать камень от земли, мы увеличим потенциальную энергию камня, PE . Если мы уроним камень, сила тяжести увеличит кинетическую энергию камня, поскольку камень движется вниз, пока не упадет на землю.

Сила, которую мы прикладываем для подъема породы, равна ее весу, w , что равно ее массе, м , умноженной на ускорение свободного падения, g .

Работа, которую мы проделываем с камнем, равна приложенной нами силе, умноженной на расстояние d , на которое мы поднимаем камень. Работа, которую мы выполняем с камнем, также равна увеличению гравитационной потенциальной энергии горной породы: PE _e .

Кинетическая энергия зависит от массы объекта и его скорости, v .

Когда мы роняем камень, сила тяжести заставляет камень падать, передавая ему кинетическую энергию. Когда работа, выполняемая с объектом, увеличивает только его кинетическую энергию, тогда чистая работа равна изменению значения величины 12mv212mv2. Это утверждение теоремы работы – энергии, которая математически выражается как

Нижние индексы ₂ и ₁ указывают конечную и начальную скорость соответственно.Эта теорема была предложена и успешно протестирована Джеймсом Джоулем, показанным на рис. 9.2.

Имя Джоуль звучит знакомо? Джоуль (Дж) — это метрическая единица измерения работы и энергии. Измерение работы и энергии с помощью одной и той же единицы усиливает идею о том, что работа и энергия взаимосвязаны и могут быть преобразованы друг в друга. 1,0 Дж = 1,0 Н ∙ м, единицы силы, умноженные на расстояние. 1,0 Н = 1,0 кг ∙ м / с ² , поэтому 1,0 Дж = 1,0 кг ∙ м ² / с ² .Анализ единиц члена (1/2) м v ² даст те же единицы для джоулей.

Рис. 9.2 Джоуль назван в честь физика Джеймса Джоуля (1818–1889). (C.H. Jeens, Wikimedia Commons)

Watch Physics

Work and Energy

В этом видео объясняется теорема рабочей энергии и обсуждается, как работа, проделанная над объектом, увеличивает KE объекта.

Проверка захвата

Верно или неверно. Увеличение энергии объекта, на которое действует только сила гравитации, равно произведению веса объекта и расстояния, на которое объект падает.

1. Истинно
2. Ложь

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Повторите информацию о кинетической и потенциальной энергии, рассмотренную ранее в этом разделе. Попросите учащихся различать и понимать два способа увеличения энергии объекта (1) применение горизонтальной силы для увеличения KE и (2) применение вертикальной силы для увеличения PE.

Расчеты, связанные с работой и мощностью

В приложениях, связанных с работой, нас часто интересует, насколько быстро она выполняется.Например, при проектировании американских горок важным фактором является время, необходимое для подъема автомобиля американских горок на вершину первого холма. Полчаса восхождения наверняка вызовут раздражение гонщиков и снизят продажи билетов. Давайте посмотрим, как рассчитать время, необходимое для выполнения работы.

Напомним, что ставка может использоваться для описания количества, например работы, за период времени. Мощность — это скорость выполнения работы. В данном случае ставка означает за единицу времени .Мощность рассчитывается путем деления проделанной работы на время, затраченное на выполнение работы.

Давайте рассмотрим пример, который поможет проиллюстрировать разницу между работой, силой и властью. Предположим, что женщина на рис. 9.3, поднимающая телевизор с помощью шкива, переносит телевизор на четвертый этаж за две минуты, а мужчине, несущему телевизор вверх по лестнице, требуется пять минут, чтобы добраться до того же места. Они проделали такой же объем работы (fd) (fd) на телевизоре, потому что они переместили ту же массу на одно и то же расстояние по вертикали, что требует того же количества направленной вверх силы.Однако женщина, использующая шкив, вырабатывала больше энергии. Это связано с тем, что она выполнила работу в более короткие сроки, поэтому знаменатель в формуле мощности, т , меньше. (Для простоты оставим в стороне тот факт, что человек, поднимающийся по лестнице, тоже проделал работу над собой.)

Рис. 9.3 Независимо от того, как вы переместите телевизор на четвертый этаж, объем выполняемой работы и потенциальный выигрыш энергии будут одинаковыми.

Мощность может быть выражена в ваттах (Вт).Этот блок можно использовать для измерения мощности, связанной с любым видом энергии или работы. Скорее всего, вы слышали термин, используемый в отношении электрических устройств, особенно лампочек. Умножение мощности на время дает количество энергии. Электроэнергия продается в киловатт-часах, потому что это количество потребляемой электроэнергии.

Ваттная единица была названа в честь Джеймса Ватта (1736–1819) (см. Рисунок 9.4). Он был шотландским инженером и изобретателем, который открыл, как получить больше энергии от паровых двигателей.

Рисунок 9.4 Думает ли Джеймс Ватт о ваттах? (Карл Фредерик фон Бреда, Wikimedia Commons)

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] Просмотрите концепцию, согласно которой работа изменяет энергию объекта или системы. Просмотрите единицы работы, энергии, силы и расстояния. Используйте уравнения для механической энергии и работы, чтобы показать, что есть работа, а что нет. Объясните, почему держать что-то над землей или переносить что-то по ровной поверхности не работает в научном смысле.

[OL] Попросите студентов использовать уравнения механической энергии, чтобы объяснить, почему каждое из них работает или нет. Попросите их привести больше примеров, пока они не поймут разницу между научным термином , работа и задачей, которая просто трудна, но не работает буквально (в научном смысле).

[BL] [OL] Подчеркните, что мощность — это скорость, и эта скорость означает «в единицу времени». В метрической системе это обычно секунда. Завершите раздел разъяснением любых неправильных представлений о различиях между силой, работой и властью.

[AL] Объясните взаимосвязь между единицами силы, работы и мощности. Если W = fdW = fd и работа может быть выражена в Дж, тогда P = Wt = fdtP = Wt = fdt, поэтому мощность может быть выражена в единицах N⋅msN⋅ms

Также объясните, что мы покупаем электроэнергию в киловатт-часах, потому что, когда мощность умножается на время, единицы времени отменяются, что оставляет работу или энергию.

Ссылки на физику

Паровой двигатель Ватта

Джеймс Ватт не изобретал паровой двигатель, но к тому времени, когда он закончил возиться с ним, он стал более полезным.Первые паровые машины были не только неэффективными, они только совершали возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение. Это было естественно, потому что поршни перемещаются внутрь и наружу при изменении давления в камере. Это ограничение было приемлемым для простых задач, таких как перекачка воды или пюре из картофеля, но не годилось для движения поезда. Ватт смог построить паровую машину, которая преобразовывала возвратно-поступательное движение в круговое. С этим единственным нововведением промышленная революция началась. Мир никогда не будет прежним.Одна из паровых машин Ватта показана на рис. 9.5. Видео, которое следует за рисунком, объясняет важность паровой машины в промышленной революции.

Рис. 9.5. Поздняя версия паровой машины Ватта. (Нехемия Хокинс, Wikimedia Commons)

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Начните обсуждение исторического значения внезапного увеличения количества электроэнергии, доступной для промышленности и транспорта. Попросите учащихся учесть тот факт, что скорость передвижения увеличилась примерно в десять раз.Не менее велики были изменения в способах производства товаров. Спросите учащихся, как, по их мнению, произошедшие изменения в образе жизни по сравнению с недавними изменениями, вызванными такими инновациями, как авиаперелеты и Интернет.

Watch Physics

Роль Ватта в промышленной революции

Это видео демонстрирует, как ватты, полученные в результате изобретений Ватта, помогли осуществить промышленную революцию и позволили Англии вступить в новую историческую эпоху.

Проверка захвата

Какую форму механической энергии вырабатывает паровой двигатель?

1. Потенциальная энергия
2. Кинетическая энергия
3. Атомная энергия
4. Солнечная энергия

Прежде чем продолжить, убедитесь, что вы понимаете различия между силой, работой, энергией и мощностью.Сила, приложенная к объекту на расстоянии, работает. Работа может увеличить энергию, а энергия может сделать работу. Мощность — это скорость выполнения работы.

Рабочий пример

Применение теоремы работа – энергия

Фигуристка массой 50 кг скользит по льду со скоростью 8 м / с, когда ее друг подходит сзади и толкает ее, в результате чего ее скорость увеличивается до 12 м / с. Сколько поработал друг над фигуристом?

Стратегия

К задаче применима теорема работы – энергии.Напишите уравнение теоремы и, если возможно, упростите его.

Решение

Определите переменные. м = 50 кг,

9,1

Заменитель.

9,2

Обсуждение

Работа, проделанная с объектом или системой, увеличивает их энергию.В этом случае увеличивается кинетическая энергия фигуриста. Отсюда следует, что увеличение энергии должно быть разницей в KE до и после толчка.

Советы для успеха

Эта задача иллюстрирует общий метод решения проблем, требующих применения формул: определить неизвестные и известные переменные, выразить неизвестные переменные через известные переменные, а затем ввести все известные значения.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Определите три переменные и выберите соответствующее уравнение.Различайте начальную и конечную скорость и обратите внимание на знак минус.

Определите переменные. м = 50 кг,

Заменить.

Практические задачи

Сколько работы выполняется, когда штангист поднимает штангу 200 \, \ text {N} с пола на высоту 2 \, \ text {m}?

1. 0 \, \ text {J}
2. 100 \, \ text {J}
3. 200 \, \ text {J}
4. 400 \, \ text {J}

Определите, какое из следующих действий дает больше энергии. Показать свою работу.

• переносит телевизор 100 \, \ text {N} на второй этаж в 50 \, \ text {s} или
• несет арбуз 24 \, \ text {N} на второй этаж через 10 \, \ text {s}?

1. Переноска телевизора 100 \, \ text {N} генерирует больше энергии, чем переноска арбуза 24 \, \ text {N} на ту же высоту, потому что мощность определяется как выполненная работа, умноженная на временной интервал.
2. Переноска телевизора 100 \, \ text {N} генерирует больше энергии, чем переноска арбуза 24 \, \ text {N} на ту же высоту, потому что мощность определяется как отношение проделанной работы к временному интервалу.
3. Переноска арбуза 24 \, \ text {N} генерирует больше энергии, чем перенос 100 \, \ text {N} телевизора на ту же высоту, потому что мощность определяется как выполненная работа, умноженная на временной интервал.
4. Переноска арбуза 24 \, \ text {N} генерирует больше энергии, чем перенос 100 \, \ text {N} телевизора на ту же высоту, потому что мощность определяется как соотношение проделанной работы и временного интервала.

Проверьте свое понимание

Укажите два свойства, выраженных в джоулях.

1. рабочая сила
2. энергии и веса
3. работа и энергия
4. вес и сила

Когда кокос падает с дерева, работа W выполняется на нем, когда он падает на берег. Эта работа описывается уравнением

9,3

Определите количества F , d , м , v ₁ и v ₂ в этом случае.

1. F — сила тяжести, равная весу кокоса, d — расстояние падения ореха, м — масса земли, v ₁ — начальная скорость, а v ₂ — скорость, с которой он ударяется о берег.
2. F — сила тяжести, равная весу кокоса, d — расстояние, на которое гайка падает, м — масса кокоса, v ₁ — начальная скорость , а v ₂ — скорость, с которой он ударяется о берег.
3. F — сила тяжести, которая равна весу кокоса, d — расстояние, на которое гайка падает, м — масса земли, v ₁ — скорость с который попадает в пляж, и v ₂ — начальная скорость.
4. F — сила тяжести, равная весу кокоса, d — расстояние падения ореха, м — масса кокоса, v ₁ — скорость с который попадает в пляж, и v ₂ — начальная скорость.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Используйте вопросы «Проверьте свое понимание», чтобы оценить достижение учащимися учебных целей раздела. Если учащиеся не справляются с какой-либо конкретной целью, «Проверьте свое понимание» поможет определить, какая из них, и направит учащихся к соответствующему содержанию.

Энергия против мощности — Energy Education

Энергия и мощность тесно связаны, но не являются одной и той же физической величиной. Энергия — это способность вызывать изменения; power — это скорость перемещения или использования энергии.

Энергия

основная статья

Энергия — это способность создавать изменения, например, создание движения. Задачи (например, поднятие ящика) требуют определенного количества энергии для выполнения.Батарея будет удерживать определенное количество энергии; то же самое будет с определенным количеством топлива, например с едой.

Базовой единицей энергии является джоуль. Это означает, что такая задача, как поднятие ящика на рисунке 1, требует определенного количества джоулей независимо от того, как быстро ящик поднимается.

Мощность

основная статья

Мощность — это скорость использования или передачи энергии. Мощность — это количество энергии, деленное на время, необходимое для ее использования. Единица измерения — ватт, который представляет собой один джоуль в секунду потребляемой энергии.Циркулярная пила потребляет определенное количество энергии для работы, и от того, как быстро энергия потребляется от батареи, зависит, как долго ее сохраненной энергии хватит.

• P — средняя выходная мощность, измеренная в ваттах (Вт)
• ΔE _sys — чистое изменение энергии системы в джоулях (Дж), также известное как работа.
• Δ t — это продолжительность — сколько времени занимает потребление энергии — измеряется в секундах (с)

Умножение значения мощности на период времени, в течение которого она используется, дает величину энергия .Вот почему киловатт — это единица мощности, а киловатт-час (1 киловатт на 1 час) — это единица энергии.

Задачи (например, поднятие ящика) требуют определенного количества энергии (определенного количества джоулей), но чем быстрее выполняется задача (чем меньше Δ t ), тем больше энергии требуется (больше ватт) .

Двигатели и бензобаки

Двигатель автомобиля определяет, какую мощность он может выдать (это механическая мощность, часто измеряемая в лошадиных силах, в отличие от тепловой мощности, которая показывает, насколько быстро он сжигает бензин), а количество бензина в бензобаке определяет, сколько энергии двигатель имеет в своем распоряжении.Чем больше количество бензина, тем дольше двигатель может работать без потери энергии. Чем больше мощности использует двигатель (например, при быстрой езде или при увеличении оборотов двигателя для быстрого ускорения), тем меньше времени хватит на химическую энергию, доступную в бензине. Вот страница, посвященная приемам повышения экономии топлива.

Конденсаторы и батареи

Конденсаторы часто имеют немного энергии, которая может быть разряжена довольно быстро. Это короткое время означает, что они могут иметь довольно высокую мощность даже при небольшом количестве накопленной энергии (например, это полезно для вспышек фотоаппарата).Батареи, с другой стороны, содержат гораздо больше энергии, чем конденсатор, но разряжают эту энергию гораздо медленнее, а это означает, что они имеют меньшую выходную мощность.

Аналогия с емкостями с водой

На рис. 2 показана кружка с небольшим количеством воды, наливаемая быстро, и кувшин с большим количеством воды, налитый медленнее.Кружка подает больше воды за заданный промежуток времени, но общее количество доставленной воды будет меньше, чем из кувшина. По аналогии, кружка имеет большую мощность, но меньшую энергию. Кувшин выделяет меньшее количество жидкости в течение более длительного периода времени. Аналогия продолжается с кувшином, имеющим меньшую выходную мощность, но большую энергию. Кружка очень быстро высвобождает всю воду (энергию). И наоборот, кувшин вмещает гораздо больше воды (энергии), даже если он не теряет ее быстро.

Список литературы

Физика в автомобильной промышленности

На заре автомобильной промышленности автомобиль представлял собой повозку без лошади.Первые автомобили были разработаны без учета аэродинамики, центра масс и многих функций безопасности, которые мы считаем само собой разумеющимися в современных автомобилях. С тех пор, как первые автомобили стали доступны в начале этого века, автомобильные инженеры внесли ряд изменений, которые улучшили управляемость, скорость и живучесть. В 1909 году Генри Форд продал первую из многих 22-сильных Model T, сегодня, почти 100 лет спустя; Множество автопроизводителей предлагают суперкары мощностью 300 лошадиных сил, а также доступные и практичные автомобили для повседневного водителя.Сегодня в автомобильной промышленности наше понимание физики постоянно улучшает нашу способность создавать более дешевые, безопасные и приятные для потребителей автомобили.

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Когда вы думаете об автомобилях с высокими характеристиками, скорость часто является атрибутом, который приходит на ум, но какие факторы на самом деле влияют на скорость автомобиля и какие препятствия автопроизводителям приходится преодолевать? Сила сопротивления и мощность в лошадиных силах — это наиболее важные факторы, влияющие на скорость спортивного автомобиля.Дизайнер может сделать автомобиль быстрее, построив двигатель большего размера, например Lamborghini 2000 года с двигателем мощностью 575 л.с., но они ничего не могут сделать, чтобы избавиться от силы сопротивления. Это становится проблемой, потому что сила сопротивления увеличивается пропорционально квадрату скорости, поэтому чем быстрее движется автомобиль, тем выше силы, препятствующие движению. Из-за этого даже самые мощные серийные спортивные автомобили развивают скорость около 200 миль в час. Помимо силы сопротивления и лошадиных сил, другой важной информацией является крутящий момент, другие факторы, такие как аэродинамический подъем на высокой скорости и управляемость, представляют собой препятствия, которые можно преодолеть с помощью правильной инженерии.2, В формуле сопротивления область, обращенная к силе сопротивления, — единственное, что конструкторы настоящего инструмента должны изменить, по сути, плотность воздуха и коэффициент трения, которые установлены и не сильно меняют, скорость, с другой стороны, часто меняется в течение всего срока службы автомобиля, но в целях тестирования постоянно. Это оставляет площадь поперечного сечения, которую дизайнеры могут настраивать. Это часто уменьшается за счет опускания линии крыши и отклонения всех поверхностей кузова от встречной силы сопротивления. Ярким примером этого могут быть автомобили с рекордом наземной скорости, такие как Spirit of America (http: // www.spiritofamerica.com/), который может разгоняться до 800 миль в час. Как видите, Spirit of America — это не что иное, как реактивный самолет без крыльев, и почти все поверхности повернуты назад, чтобы минимизировать силу сопротивления, действующую на корпус.

Мощность:
Мощность в лошадиных силах — это сила, которую двигатель может приложить к автомобилю за заданный промежуток времени. Это мера мощности, которая измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Уравнение для мгновенной мощности: P = FV для объекта, движущегося по прямой линии.Кроме того, F = MA, поэтому P = MAV с результатом в ваттах. Чтобы найти мощность, эту формулу нужно разделить на 746, потому что в одной лошадиной силе 746 Вт.

Эта формула является причиной того, что двигатель может быть рассчитан на определенную мощность в лошадиных силах, несмотря на то, что он установлен на нескольких автомобилях с разной массой. Вы можете подумать, что двигатель, снятый с тяжелого автомобиля и помещенный в легкий автомобиль, может производить больше лошадиных сил, на самом деле, поскольку A = F / M, ускорение будет увеличиваться с той же скоростью, что и уменьшенная масса, в результате чего мощность в лошадиных силах будет постоянной. .

Обработка:
Размещение двигателя — еще одно важное соображение при проектировании горячего автомобиля. Лучшая конфигурация — это так называемая «среднемоторная» конфигурация, при которой двигатель расположен как можно ближе к центру автомобиля. Это хорошо, потому что двигатель имеет тенденцию быть центром масс автомобиля, и силы действуют на центр масс. Если у вас автомобиль с центром масс спереди или сзади, силы, действующие в этой точке, будут более успешно разрушать сцепление шин с дорогой, поскольку сила должна преодолевать только трение двух шин, а не четыре.Например, при повороте автомобиля на повороте на него действует ряд сил. Трение, действующее на шины в виде центростремительной силы, заставляет автомобиль двигаться по кругу, в то время как импульс автомобиля, который является силой, которая пытается ехать по прямой, противодействует центростремительной силе. Сумма этих сил должна быть одинаковой, иначе шины начнут скользить. Если Cm для автомобиля находится близко к центру автомобиля, импульс должен будет противодействовать силам трения на всех четырех шинах. С другой стороны, если Cm превышает задние колеса, импульс должен будет только разрушить силу трения двух задних шин.Таким образом, у автомобиля со средним расположением двигателя меньше шансов проскользнуть в поворот, что делает такой автомобиль более устойчивым и безопасным, чем автомобиль с передним или задним расположением двигателя.

Экономика

В последние несколько лет автопроизводители искали способы сделать автомобили более дешевыми и доступными для владения. Лучший способ добиться этого — уменьшить размер двигателя, сохранив при этом производительность и комфорт на уровне, требуемом потребителями. Это можно сделать несколькими способами: улучшить сам двигатель, позволить меньшей силовой установке выполнять такой же объем работы, лучше спроектировать кузов, чтобы для удержания транспортного средства в движении требовалось меньше усилий, и уменьшить общий вес двигателя. автомобиль, поэтому требуется меньше усилий для его перемещения.

КПД двигателя:
Специальные металлы, используемые в новых двигателях, можно понять с точки зрения физики, например, когда такие детали, как толкатели и поршни, сделаны из легкого материала, мы можем думать о деталях с точки зрения импульса. Импульс P равен массе, умноженной на скорость. Когда вес детали уменьшается, импульсная сила, необходимая для изменения количества движения детали, уменьшается. Таким образом, более легкая часть потребует меньшего усилия для перемещения, энергия, потраченная на запуск двигателя, теперь может быть использована для управления транспортным средством.2 Предполагая, что V и A постоянны, обратите внимание, что происходит, когда C коэффициент трения уменьшается. Общая сила сопротивления уменьшается, а это означает, что автомобиль с низкой силой сопротивления сможет ускоряться и двигаться быстрее, чем автомобиль с высокой силой сопротивления. Это означает, что для управления таким автомобилем требуется двигатель меньшего размера, что означает экономию бензина для владельца, и более «экологичный» и более эффективный автомобиль. Таким образом, сила лобового сопротивления важна не только для фанатов скорости и адреналиновых наркоманов, настоящих автомобилей, управляемых реальными людьми, которые используют практические знания о силе сопротивления для создания более эффективных и дешевых автомобилей, которые все еще ездят так же, как бензобаки с квадратными кузовами.Единственная проблема, с точки зрения покупателя, заключается в том, что многие конструкторы автомобилей стали рабски зависимыми от показателей низкого сопротивления, и многие автомобили в конечном итоге выглядят как слизни или лосось, и независимо от того, насколько эффективен автомобиль, уродливая машина все еще остается уродливая машина.

Вес автомобиля:
Как и в случае с деталями внутри двигателя, когда весь автомобиль становится легче, за счет использования более легких материалов или более совершенной конструкции, требуется меньшее усилие для перемещения автомобиля. Это основано на F = MA или, точнее, A = F / M, так что по мере уменьшения массы автомобиля ускорение увеличивается или требуется меньшее усилие для ускорения более легкого автомобиля.

Вывод:
Раньше автомобили проектировались с безрассудным пренебрежением к физике; Ранние автомобили были квадратными и плохо рассчитывались на высоких скоростях. Маленькие тяжелые двигатели толкали квадратные контейнеры по дороге с угрожающей скоростью, пожирая бензин. Позже, в 50-х и 60-х годах, дизайнеры создавали красивые автомобили, но даже эти гладкие, современные машины были спроектированы не так хорошо, как могло бы быть с точки зрения физики. Сегодня, вооруженные знаниями физики, автомобильные инженеры могут проектировать автомобили, которые лучше всего снижают лобовое сопротивление, увеличивают мощность в лошадиных силах, увеличивают ускорение и безопасность.Это означает более низкую стоимость владения и лучшую производительность для потребителя. Однако на пути к автомобильной нирване есть несколько препятствий. Во-первых, было бы неплохо снизить коэффициент трения кузова автомобиля до нуля, снизить силу сопротивления до нуля, и в этом случае скорость автомобиля будет зависеть только от мощности двигателя. С другой стороны, дизайнеры хотели бы увеличить трение между шинами и дорогой, чтобы обеспечить лучшую остановку и более безопасное прохождение поворотов, к сожалению, до шин с бесконечным трением еще далеко, и даже если бы они были доступны, нагрузки на пассажиры были бы слишком высокими.Еще одним камнем преткновения является низкий КПД бензинового двигателя, который использует примерно 15% мощности, производимой для приведения в движение автомобиля. В заключение, автомобильная промышленность прошла долгий путь с тех пор, как первый двигатель был установлен в тележку, но до идеального автомобиля еще далеко, и у нас еще есть много лет работы с физикой, чтобы улучшить способ, которым наши автомобили работают.

Используемые переменные:

• M = Масса
• r = Rho.которая представляет собой плотность воздуха.
• В = скорость
• C = постоянный коэффициент трения.
• A = ускорение
• a = площадь
• Cm = Центр масс

Источники:

• Физика для ученых и инженеров: 3-е издание, Serway, Raymond. Паб: Издательство Saunders College, 1990.

Изображения из:

• http://www.spiritofamerica.com/
• http: // lamborghini.itg.net/
• http://www.fordvehicles.com/
• http://www.us.porsche.com/

Перестаньте игнорировать законы физики, влияющие на движение — Блог Geartrust — Блоги коллег

Я уверен, что чрезмерная мощность источников энергии машин и других дешевых грязных технологий увеличивает социальные и экологические катастрофы, такие как безработица, войны, нефтяная зависимость, торнадо и изменение климата.Это цена игнорирования законов физики для создания конструкции машин и сокращения количества сотрудников.

Я проработал 18 лет в мегагигантской трансмиссионной компании в России.

Я запутался в том, как производители мегагигантских машин в США игнорируют функцию передачи и другие зеленые технологии.

В настоящее время автомобили США имеют более чем в 2 раза больше расхода топлива, чем автомобили Европы.Это результат того, что национальные лаборатории Министерства энергетики США сосредоточили внимание на исследованиях и разработках только двигателя и двигателя, которые никогда не исследовали и не разрабатывали рычаги машин, как трансмиссия. Поэтому правительство США не ограничивает, например, мощность двигателей легковых автомобилей в зависимости от их веса при полной нагрузке. Например, в США около 270 000 000 автомобилей, тяжелого оборудования, станков, конвейеров, ремесел и т. Д.

Я предложил патент США и четыре патентных изобретения, как резко сократить выбросы, зависимость от масла и предотвратить торнадо и изменение климата за счет уменьшения мощности существующего двигателя и / или двигателя для каждой машины, которая необходима для переключения передач и установки устройства портативная ветроэнергетика для каждого здания.. Я исследую и разрабатываю революционную технологию, предназначенную для создания новых конструкций машин и технологий ветроэнергетики в портативных устройствах для здания, что очень выгодно как для производителя, так и для клиентов. Я уверен, что существует безопасная технология, которая позволяет создавать такие хорошо известные детали, как валы, шестерни и пропеллеры, в соответствии с математическими и физическими законами.

Два пути, которые значительно увеличивают количество «зеленых» рабочих мест и резко сокращают выбросы углекислого газа и других загрязнений от машин; обеспечить нефтяную независимость от других стран и одновременно предотвратить торнадо и изменение климата путем 1) использования возобновляемой энергии, такой как ветер, солнце, движение воды и горячей воды земли, и 2) снижения мощности двигателя машины и двигателя путем использование рычагов, как трансмиссии, и ограничение или устранение функции системы ускорения источника энергии.

В прилагаемом письме описаны доказательства:

Перестаньте игнорировать законы физики, влияющие на движение

Архимед (около 287–212 гг.) Сказал: «Дайте мне точку опоры, и я поверну Землю рычагом» более двух тысяч лет назад.

Однако существующая традиция заключается в том, чтобы сосредоточиться только на силе источника энергии для перемещения транспортных средств, потому что использование рычагов, т.е.Т. е. шестерни в трансмиссии, для движущихся транспортных средств — это слишком нестандартно. Намного легче увеличить мощность двигателя или мотора за счет дополнительного количества цилиндров или увеличения диаметра и длины провода, чем перепроектировать трансмиссию, чтобы она была источником преобразования количества движения в движение.

Может ли двигатель с увеличенным диаметром или количеством цилиндров экономить больше энергии? Это неправда. Картофельная пушка использует основной принцип, лежащий в основе любого поршневого двигателя внутреннего сгорания: если вы поместите крошечное количество высокоэнергетического топлива (например, бензина) в небольшое замкнутое пространство и зажжете его, высвободится невероятное количество энергии в виде расширяющийся газ.В этом случае энергия переводится в движение картофеля, которое прекращается после удаления в зависимости от количества энергии. Вы также можете использовать его в более интересных целях. Например, если вы можете создать цикл, который позволяет вам вызывать подобные взрывы сотни раз в минуту, и если вы можете использовать эту энергию полезным способом, то у вас есть ядро ​​автомобильного двигателя!
Следовательно, увеличение физического объема газа ведет к увеличению потребления газа.

Есть энциклопедия http: // en.wikipedia.org/ также доказывает:

«Топливная эффективность обычно выражается в единицах мощности на единицу рабочего объема двигателя, также известной как удельная мощность. Следует отметить, что, несмотря на обычное использование,« топливная эффективность »не является синонимом« экономии топлива »или« расхода топлива ». Современные двигатели с впрыском топлива производят гораздо более высокую мощность, чем их предшественники с карбюратором. Например, выходная мощность 3,9-литрового двигателя LA V6 Chrysler подскочила со 125 л.с. (93 кВт) до 180 л.с. (134 кВт) в 1992 году из-за добавления впрыск топлива и более свободный впускной коллектор.Однако улучшения в топливной эффективности, достигнутые за последние 20 лет, не привели к улучшению экономии топлива — большая часть экономии была компенсирована использованием более тяжелых и менее аэродинамических типов кузова (особенно внедорожников и пикапов) и использования более мощных двигателей ».

Может, Архимед не актуален? Это легко проверить. Коробка передач с девятью валами может увеличивать мощность источника питания или частоту вращения вала двигателя до 5x5x5x5x5x5x5x5 = 390 625 раз, если среднее передаточное число между двумя соседними валами, поддерживающими пары шестерен, равно пяти.Эта коробка переключения передач позволяет снизить имеющуюся мощность локомотивного двигателя до 30 л.с. Мое нововведение с 9-ю валами позволяет снизить имеющуюся мощность двигателя в 100 раз !!!

Однако существующие методы проектирования трансмиссии не позволяют создать коробку передач с таким высоким крутящим моментом и очень малой мощностью источника энергии для транспортной системы, тяжелого оборудования, промышленного оборудования и т. Д.

Различное оборудование, такое как, например, локомотивы, корабли, подводные лодки, вертолеты, винтовые самолеты, грузовики, автомобили, станки с ЧПУ и конвейерные системы, имеют движители, которые обычно включают в себя огромных источников энергии, непосредственно связанных с рабочими органами, поскольку энергия имеет до недавнего времени были относительно недорогими, а экологические издержки в значительной степени игнорировались.Например, типичный локомотив потребляет один галлон углеводородного топлива на расстояние менее одной мили. Большое круизное судно преодолевает расстояние всего около тридцати дюймов на галлон.

Может быть, планетарные или гидравлические трансмиссии, которые используются в силовых установках для тяжелого оборудования, позволяют сэкономить энергию и снизить выбросы двигателя? Нет, не . Пожалуйста, открывайте книги. Хорошо известные энергоэффективные планетарные и гидравлические трансмиссии состоят из нескольких частей, требующих чрезмерной энергии для преодоления дополнительных трения и движений в рабочем процессе в соответствии с законами физики.Эти конструкции, требующие большой мощности двигателя, выгодны только производителям.

Это связано с тем, что локомотивы и круизные лайнеры используют базовые конструкции трансмиссии, которые встречаются в силовых установках наземных транспортных средств, используемых отдельными лицами — легковых и грузовых автомобилях.

Гидротрансформатор с автоматической коробкой передач и бесступенчатая трансмиссия более популярны в Америке, чем механическая коробка передач, которая требует слишком много внимания для выполнения сложных движений руками, когда автомобиль набирает скорость.Диск гидротрансформатора или два съемника и ременной механизм очень просты в изготовлении. Но как своевременно получить высокий крутящий момент или снизить оборот вала? Существует только один способ сократить больший момент инерции момента вращения диска преобразователя или двух съемников и масс ремня в соответствии с Первым физическим законом инерции Ньютона. Это с фрикционными тормозами, установленными внутри картера трансмиссии. Однако они требуют слишком много времени на обслуживание и слишком неэффективны . Как решается техническая проблема, требующая высочайших знаний? Это очень просто.

Мощность двигателя каждого легкого транспортного средства с существующей трансмиссией увеличивается, так что функция каждой трансмиссии, позволяющая своевременно помогать источнику энергии экономить энергию за счет более высокого крутящего момента, устраняется. Нынешние легкие конструкции автомобилей в США косвенно игнорируют физический закон рычага, так как игнорируют первый закон физики Ньютона, требующий уменьшения углового момента масс. Инерция для получения более высокого крутящего момента и меньшего числа оборотов .Вместо этого источники энергии с чрезмерной мощностью косвенно связаны с рабочими органами трансмиссиями, которые ждут указаний от газового двигателя или двигателя магнитного поля. Эти трансмиссии работают как сцепления.

Однако вес полностью загруженного большегрузного грузовика (макс. 80 000 фунтов) не позволяет реализовать потенциал функции переключения передач, а средняя мощность его двигателя (400 л.с.) является нормальной при использовании существующей коробки передач переключения и системы ускорения. двигатель.Отказ от системы ускорения двигателя — это открытая возможность снизить его мощность до максимального соотношения оборотов и холостого хода вала двигателя. Кроме того, пониженная теплоотдача полностью загруженного двигателя большегрузного грузовика позволяет увеличить его скорость на подъеме.

Хотите увидеть, как ваша машина неэффективно расходует электроэнергию? Это очень легко увидеть двумя способами. Первый способ заключается в том, что ваш полностью загруженный автомобиль изначально движется только на самой низкой передаче (первой скорости) от остановки так же, как полностью загруженный грузовик большой грузоподъемности.Но по мере того, как вы движетесь быстрее, трансмиссия вашего автомобиля переключается на более высокую передачу («драйв»), потому что у вас увеличивается мощность двигателя, а трансмиссия работает как сцепление. Второй способ заключается в том, что вы можете сравнить полную массу и среднюю мощность двигателя вашего автомобиля, обычно 3000 фунтов и 250 л.с., с массой полностью загруженного тяжелого грузовика (80000 фунтов) и средней мощностью двигателя в 400 л.с.

Кто-то может подумать, что значительно увеличенная мощность двигателя автомобиля необходима для достижения быстрой маневренности легкого автомобиля на дороге? Это неправда.Слишком много времени требуется для подачи газа в двигатель или магнитного поля, чтобы двигатель увеличил крутящий момент до достаточной величины. Для сравнения, жесткие зубчатые пары способны быстрее увеличивать скорость за счет использования повышающих скоростей, и первое стальное транспортное средство Карла Бейна имеет двигатель мощностью 0,9 л.с. на 29 января 1886 года, патент № 37435, Германия.

Кто-то может подумать, что для достижения небольшого веса необходима значительно увеличенная мощность двигателя вертолета и винтового самолета? Это неправда.Коробка передач с переключением передач весом около 300 фунтов может снизить мощность двигателя до 25 раз. Существуют условия для резкого снижения расхода топлива двигателем, что также обеспечивает гораздо меньшую массу летательного аппарата за счет уменьшения веса объема топлива. Кроме того, это открывает возможность повысить безопасность вертолета и винтового самолета, если два или более небольших двигателя заменят один огромный двигатель.

В результате значительно увеличенная мощность источников энергии, чем вес транспортного средства или сила сопротивления в рабочем процессе, прямо или косвенно увеличивает потребление масла и / или электроэнергии, что приводит к чрезмерным выбросам, вызывая изменение климата.

С другой стороны, Законы физики, влияющие на движение ветра и воды как энергию были проигнорированы созданной угольной промышленностью и огромными стационарными дизельными двигателями, которые вырабатывают электричество с помощью генераторов. Эти грязные технологии постоянно выделяют огромных выбросов, которые нарушают нормальные процессы жизни на планете. Поэтому возможны торнадо и изменение климата.

Что будет делать, чтобы защитить нашу жизнь на Земле от угольной промышленности и чрезмерных выбросов быстро растущего числа машин и стационарных двигателей электрических технологий с каждым годом? Законы физики предлагают два способа, которые приведены ниже.

Первый способ — это 260 «взаимно определенных единиц энергии для принудительной экономии энергии» (MDUFEE). Семейства устройств-ускорителей коробки передач переключения передач (полезные в более чем 1000 конструкциях) описаны в процессе, находящемся на рассмотрении. Базовое устройство защищено патентом США № 7,191,676 и частью полной заявки на патент 20080047380, которая доступна на веб-сайте Бюро по патентам и товарным знакам США http://www.uspto.gov/ или WO2008027346 на веб-сайте Европейского патентного ведомства http: // эп.espacenet.com/ или [email protected]. Каждая раскрытая конструкция имеет до 40% числа передач для достижения желаемого диапазона крутящих моментов, чем в конструкциях редукторов, использующих традиционные подходы. Кроме того, меньшее количество валов необходимо в коробках передач, содержащих четыре и более валов. В этой революционной технологии используются хорошо известные детали существующих производителей. Такая конструкция открывает возможность использования пластика или неметалла в трансмиссиях .
Использование достаточного количества повышающих скоростей блоков FEE ограничивает или устраняет необходимость в традиционной системе ускорения. Другими словами, вал двигателя имеет малую частоту вращения до холостого хода в процессах разгона автомобиля и движения . Это позволяет снизить потребляемую мощность и износ двигателя, а также позволяет использовать более широкий спектр материалов для двигателя. Упрощение конструкции механизма переключения передач открывает возможность использовать вместе три режима движения. Имеется ручной переключатель режима в полуавтоматический или полностью автоматический режим .

Необычная конструкция коробки передач MDUFEE обеспечивает вращение вала двигателя в диапазонах скоростей, аналогичных диапазонам вращения электродвигателя. Например, коробка передач MDUFEE выдает 144 передних и 72 задних крутящих моментов и повышающую скорость на 27 передач — две передачи на меньше, чем количество передач для существующей коробки передач для тяжелых грузовиков, чтобы достичь только 18 вперед и 2 обратных скоростей . Это невероятно-правдоподобная математическая система !!

Семь необычных семейств коробок передач MDUFEE способны приводить в движение частично передние и задние колеса, а затем приводить в движение две-три пары колес (4×4 — 6×6) как в прямом, так и в обратном направлении.Одна современная конструкция имеет два двигателя с двумя небольшими источниками энергии, которые используются только для разгона транспортного средства; тем самым дополнительно снижая расход топлива и выбросы.

Мое новаторское изобретение беспроигрышно как для производителя, так и для потребителя, а также для окружающей среды. Революционный метод проектирования создает коробки передач MDUFEE со значительно сниженными на производственными затратами на за счет уменьшения количества деталей машины и ее энергопотребления. Это также позволяет повысить эффективность использования топлива более чем на 50%. Кроме того, снижение расхода топлива приводит к снижению выбросов. Кроме того, каждое транспортное средство — будь то наземное, водное или воздушное — h , как улучшенная маневренность .

Второй вариант — использовать конструкцию редуктора MDUFEE в ветроэнергетике. Это открывает возможность создания переносных аппаратов wind конструкции, которые будут установлены в каждом здании и будут работать при любых условиях ветроэнергетики.