Jak obliczyć moc w koniach mechanicznych lub w watach, co oznaczają te terminy i dlaczego te terminy są ważne.
Krok
Krok 1. Zapoznaj się z podstawami
Słowo moc definiuje się jako przedział czasu na wykonanie pracy. Tymczasem praca jest starym terminem mierzącym, jak skuteczna jest przyłożona siła w poruszaniu obojętnym przedmiotem lub stawianiu czoła przeszkodzie lub innej przeszkodzie i pokonywaniu odległości.
- Chodzi o to, że aby wykonać „pracę”, siła musi przebyć odległość. Np. jeśli śmigło o sile 300 N przesuwa statek w wodzie 80 m, to wykonana praca to SIŁA x ODLEGŁOŚĆ = 300 x 80 = 24 000 "Nm/dżul" --- więc można powiedzieć, że śmigło śmigło wykonało 24 000 dżuli pracy.
- Zastanów się, ile czasu zajmie przemieszczenie statku na tę odległość. Załóżmy, że statek pokonuje tę odległość z prędkością 20 m na sekundę (m/s). Na pokonanie dystansu 80 m statek potrzebuje 80/20 = 4 sekundy. Tak więc śruba statku wykonuje pracę 24 000 dżuli w ciągu 4 sekund, więc moc jest dostarczana z szybkością 24 000/4 = 6000 dżuli na sekundę (J/s).
-
Zrozum historyczne tło czasu. W dawnych czasach do napędzania pierwszych pociągów i statków używano silników benzynowych i parowych (pierwszym statkiem, który używał śmigła był HMS Britain, którego pierwszy rejs odbył się w 1846 roku i używał jednego śmigła z 6 łopatami, które wygląda jak wiatrak), konie wykonują bardzo ciężką i różnorodną pracę. Wyjątkowo ludzie mierzą, ile wysiłku może wykonać koń i obliczają czas. Po wyszukaniu średniej z kilku prób zdecydowali się na 746 J/s jako standardową stawkę pracy wykonanej przez zdrowego konia. Później ten standard stał się znany jako „konie mechaniczne”. 746 dżuli na sekundę na jedną moc (KM). Tak jest do dziś.
746 X 60 = 44 760 dżuli na minutę, co równa się: jednemu KM
- Inną uniwersalną jednostką mocy, obecnie ogólnie ograniczoną do sprzętu elektronicznego i elektrycznego i opartą na systemie metrycznym MKS (metr-kilogram-sekunda/sekunda), jest „wat”. Jeśli jeden niuton siły przebył odległość jednego metra, to jeden dżul pracy został wykonany; jeśli siła zajmuje jedną sekundę, aby wykonać jeden dżul tej pracy, to zużycie energii wynosi jeden wat. Więc jeden wat to jeden dżul na sekundę.
Krok 2. Zastanów się nad potrzebą branży w tej chwili
W większości przypadków w przemyśle pracujemy maszynami rotacyjnymi, a nie maszynami o ruchu prostym jak końska orka broną na 160 000 m² ziemi. Powinniśmy więc być w stanie określić moc wyjściową takich rzeczy jak silniki elektryczne, parowe, turbiny, diesle itp., a tym samym poznamy temat momentu obrotowego.
- Moment obrotowy jest miarą tendencji do zmiany kierunku lub obracania czegoś lub nadawania obiektowi ruchu obrotowego na niektórych osiach. Jeśli naciśniesz uchwyt pięciometrowej dźwigni z siłą 20 niutonów, zastosujesz moment obrotowy 5 X 20 = niutonometr.
- Otóż tutaj jest trudność i może prowadzić do zamieszania. Aby obliczyć pracę liniową na linii prostej, należy pomnożyć siłę przez przemieszczenie. Ponownie mnożysz siłę w tych samych jednostkach, co przemieszczenie, ale w tym przypadku przemieszczenie jest „ramionem dźwigni” i nawet jeśli wytwarzasz moment obrotowy, jeśli coś się nie obraca, nie ma ruchu, a zatem nie ma pracy.
- Praca i moment obrotowy, choć wydaje się, że są mierzone w tej samej jednostce, w rzeczywistości bardzo się różnią. Żadna praca nie jest wykonywana, zanim moment obrotowy nie wytworzy rzeczywistego obrotu, a zatem nie jest zużywana moc.
- Pracę mierzy się w dżulach (J), a moment obrotowy mierzy się w niutonometrach (Nm), aby je rozróżnić.
Krok 3. Zmierz pracę, jeśli występuje jakikolwiek ruch lub „przemieszczenie” obrotowe
Załóżmy, że dźwignia jest mocno zablokowana w punkcie podparcia, który kończy się osią, a twoja ręka, przykładając siłę 20 N, jak poprzednio, pokonuje odległość dwóch metrów po okręgu reprezentowanym przez dźwignię pięciometrową, a następnie wykonujesz pracę, jak w w przypadku linii prostej powyżej, równa siła razy przemieszczenie lub 20 X 2 = 40 Nm. Załóżmy, że jednocześnie mnożysz i dzielisz tę liczbę przez dźwignię o długości 5 metrów lub „ramię dźwigni”. Oczywiście nie zmieni to wyniku, więc możesz napisać:
- Praca = 5 X 20 X 2/5, a wynik to 40 dżuli jak poprzednio, ale czy 5 X 20 jest wyższy? Właśnie widziałeś, że to moment obrotowy.
- Co to jest „2/5”? Liniowe przemieszczenie 2 metrów podzielone przez ramię dźwigni informuje o tym, jak daleko obróciłeś oś w jednostkach kątowych zwanych radianami. Radian, powszechnie używany w fizyce i inżynierii mechanicznej, jest definiowany jako kąt pomiędzy dwoma promieniami okręgu, tak że punkty na obwodzie okręgu, w którym te dwa promienie się przecinają, są oddzielone długością promieni okręgu. Obliczenie to jest bardzo zbliżone do 57 stopni lub jest również kątem utworzonym w środku okręgu przez łuk równy promieniowi okręgu na obwodzie okręgu.
-
Można więc powiedzieć, że praca wykonana przez moment obrotowy powodujący przemieszczenie obrotowe (theta) w radianach jest równa momentowi obrotowemu (L)
- razy przemieszczenie obrotowe lub
- praca = L X theta w dżulach
Krok 4. Zauważ, że znacznie bardziej interesuje Cię ilość koni mechanicznych w obrotach silnika i silnika, czyli przedział czasowy wykonywania pracy obrotowej:
- moc obrotowa = moment obrotowy X przemieszczenie kątowe (radiany)/czas (sekundy)
-
W fizyce prędkość kątowa jest zapisywana w radianach na sekundę, ale każdy silnik, silnik samolotu lub statku, który widzisz, jest zawsze mierzony w obrotach na minutę, więc musimy to zmienić.
- Jeden obrót na minutę (rpm) = 60 obrotów/sekundę = 60 obr./s, ale jeden obrót na sekundę = 2 X pi radianów na sekundę
- Tak więc moc w dżulach na sekundę urządzenia wirującego, wytwarzającego moment obrotowy L i obracającego się z prędkością S obr./min, wynosi
- Moc = S/60 X (2 pi) X L w J/s i jak wcześniej napisano, aby przeliczyć to na moc, musisz podzielić przez 746 lub
- Moc silnika = (2 pi)/44,760 X L X S gdzie L to moment obrotowy mierzony w niutonometrach (zwykle z hamulcem Prony'ego), a S to prędkość obrotowa w obr./min, którą można zmierzyć za pomocą licznika, stroboskopu, lasera itp. W ten sposób krzywe osiągów silników samochodowych i motocyklowych można przedstawić w postaci wykresu momentu obrotowego w funkcji obrotów. i moc (KM) w zależności od prędkości obrotowej silnika w obr./min. a technicy motoryzacyjni mogą zobaczyć jego optymalną wydajność na tych wykresach.
