Cum se calculează puterea în cai putere sau în wați, ce înseamnă acești termeni și de ce acești termeni sunt importanți.
Etapa
Pasul 1. Revedeți elementele de bază
Cuvântul putere este definit ca intervalul de timp pentru a face munca. Între timp, munca este un termen vechi pentru a măsura cât de eficientă este o forță aplicată în mișcarea unui obiect inert sau în fața unui obstacol sau alt obstacol și acoperirea unei distanțe.
- Ideea este că, pentru a face „muncă”, o forță trebuie să parcurgă o distanță. De exemplu, dacă o elice cu o forță de 300 N mișcă o navă în apă 80 m, atunci lucrarea efectuată este FORȚA x DISTANȚĂ = 300 x 80 = 24.000 "Nm / Joule" --- deci se poate spune că elicea elicea a lucrat 24.000 Jouli.
- Luați în considerare timpul necesar pentru a muta nava la distanța respectivă. Să presupunem că nava parcurge această distanță la o viteză de 20 m pe secundă (m / s). Pentru a parcurge o distanță de 80 m, nava durează 80/20 = 4 secunde. Deci, elicele navei lucrează 24.000 Joule de lucru în 4 secunde, astfel încât puterea este aplicată cu o rată de 24.000 / 4 = 6.000 Joule pe secundă (J / s).
-
Înțelegeți fundalul istoric al calendarului. În zilele anterioare, motoarele pe benzină și puterea cu abur erau folosite pentru a alimenta primele trenuri și nave (prima navă care a folosit o elice a fost HMS Marea Britanie, a cărei prima călătorie a avut loc în 1846 și a folosit o elice cu 6 palete, care arată ca o moară de vânt), caii fac o treabă foarte obositoare și variată. În mod unic, oamenii măsoară cât de mult efort poate face un cal și calculează timpul. După ce au căutat media unui număr de probe, au decis 746 J / s ca rata standard de muncă efectuată de un cal sănătos. Mai târziu acest standard a devenit cunoscut sub numele de „cai putere”. 746 Jouli pe secundă într-o singură putere (CP). Acest lucru este valabil și astăzi.
746 X 60 = 44.760 Jouli pe minut, care este egal cu: un CP
- O altă unitate universală de putere, acum limitată în general la echipamente electronice și electrice și bazată pe sistemul metric MKS (metru-kilogram-secundă / secundă), este „wattul”. Dacă un Newton de forță parcurge o distanță de un metru, atunci s-a făcut un joule de muncă; dacă forța durează o secundă pentru a face un joule din această lucrare, atunci consumul de energie este de un watt. Deci un watt este un joule pe secundă.
Pasul 2. Luați în considerare industria care are nevoie în acest moment
În majoritatea cazurilor, în industrie, lucrăm cu mașini rotative și nu cu mașini cu mișcare dreaptă ca un cal arând cu o grapă pe 160.000 m² de teren. Deci, ar trebui să putem determina puterea de ieșire a unor lucruri precum motoarele electrice, motoarele cu aburi, turbinele, motorinele etc., și astfel, vom cunoaște subiectul cuplului.
- Cuplul este o măsurare a tendinței de a schimba direcția sau de a roti ceva sau de a da mișcare de rotație unui obiect pe unele axe. Dacă apăsați mânerul unei pârghii de cinci metri cu o forță de 20 Newtoni, aplicați un cuplu de 5 X 20 = Newton-metri.
- Acum, iată dificultatea și poate duce la confuzie. Pentru a calcula lucrarea liniară pe o linie dreaptă, înmulțiți forța cu deplasarea. Din nou, înmulțiți forța în aceleași unități ca deplasarea, dar în acest caz deplasarea este „brațul pârghiei” și chiar dacă produceți cuplu, cu excepția cazului în care ceva se rotește, nu există mișcare și, prin urmare, nu funcționează.
- Munca și cuplul, deși par a fi măsurate în aceeași unitate, sunt de fapt foarte diferite. Nu se lucrează înainte ca cuplul să producă rotația efectivă și, prin urmare, nu se folosește nicio putere.
- Munca este măsurată în Jouli (J), în timp ce cuplul este măsurat în Newton.meters (Nm) pentru a face diferența între cele două.
Pasul 3. Măsurați lucrarea dacă există vreo mișcare sau „deplasare” de rotație
Să presupunem că o pârghie este ferm blocată la punctul său de sprijin, care se termină într-o axă și mâna ta, aplicând 20 N de forță ca înainte, parcurge o distanță de doi metri de-a lungul cercului reprezentat de pârghia de cinci metri, apoi se lucrează, ca în cazul unei linii drepte mai sus, egal cu forța ori deplasare sau 20 X 2 = 40 Newton metri. Să presupunem că înmulțiți și împărțiți simultan acest număr la pârghia lungă de 5 metri sau „brațul pârghiei”. Evident, acest lucru nu va schimba rezultatul, astfel încât să puteți scrie:
- Funcționează = 5 X 20 X 2/5 și rezultatul este de 40 de juli ca înainte, dar este 5 X 20 peste asta? Tocmai ai văzut că este cuplu.
- Ce este „2/5”? Deplasarea liniară de 2 metri împărțită de brațul pârghiei, vă spune cât de departe ați rotit axa în unități unghiulare numite radiani. Un radian, utilizat universal în fizică și inginerie mecanică, este definit ca unghiul dintre două raze ale unui cerc astfel încât punctele de pe circumferința unui cerc în care se intersectează cele două raze sunt separate de lungimea razelor cercului. Acest calcul este foarte aproape de 57 de grade sau este, de asemenea, unghiul format la centrul cercului de un arc care este egal cu raza cercului la circumferința cercului.
-
Deci, puteți spune că munca realizată de un cuplu care produce o deplasare de rotație (theta) radiani este egală cu cuplul (L)
- ori deplasarea de rotație sau
- lucru = L X theta în jouli
Pasul 4. Observați că sunteți mult mai interesat de cantitatea de cai putere în rotația motorului și a motorului, adică intervalul de timp pentru efectuarea lucrării de rotație:
- putere de rotație = cuplu X deplasare unghiulară (radiani) / timp (secunde)
-
În fizică, viteza unghiulară este scrisă în radiani pe secundă, dar orice motor sau avion sau motor de navă pe care îl vedeți este întotdeauna măsurat în rp (rotații pe minut), deci trebuie să schimbăm acest lucru.
- O rotație pe minut (rpm) = 60 rotații / secundă = 60 rps, dar o rotație pe secundă = 2 X radiani pi pe secundă
- Deci, puterea în Jouli pe secundă a unui aparat rotativ, producând un cuplu, L și rotind la o viteză S rpm, este
- Puterea = S / 60 X (2 pi) X L în J / s și așa cum am scris anterior, pentru a-l converti în cai putere, trebuie să împărțiți la 746 sau
- Puterea motorului = (2 pi) / 44.760 X L X S unde L este cuplul măsurat în metri Newton (de obicei cu o frână Prony) și S este viteza de rotație în r.p.m care poate fi măsurată cu un contor, stroboscop, laser etc. În acest fel, curbele de performanță ale motoarelor auto și motociclete pot fi descrise sub forma unui grafic al cuplului față de rpm. și putere (CP) față de turația motorului în rpm iar tehnicienii auto pot vedea performanța sa optimă din aceste diagrame.
