Πώς να υπολογίσετε την ισχύ σε ιπποδύναμη ή βατ, τι σημαίνουν αυτοί οι όροι και γιατί αυτοί οι όροι είναι σημαντικοί.
Βήμα
Βήμα 1. Αναθεωρήστε τα βασικά
Η λέξη δύναμη ορίζεται ως το χρονικό διάστημα για την εκτέλεση της εργασίας. Εν τω μεταξύ, η εργασία είναι ένας παλιός όρος για να μετρηθεί η αποτελεσματικότητα μιας ασκούμενης δύναμης στην κίνηση ενός αδρανούς αντικειμένου ή στην αντιμετώπιση ενός εμποδίου ή άλλου εμποδίου και στην κάλυψη μιας απόστασης.
- Το θέμα εδώ είναι ότι για να κάνει "δουλειά", μια δύναμη πρέπει να διανύσει μια απόσταση. Για παράδειγμα, εάν μια προπέλα με δύναμη 300 N κινεί ένα πλοίο στο νερό 80 m, τότε το έργο που γίνεται είναι ΔΥΝΑΜΗ x ΑΠΟΣΤΑΣΗ = 300 x 80 = 24.000 "Nm/Joule" --- έτσι μπορεί να ειπωθεί ότι η έλικα η προπέλα έχει κάνει 24.000 Joules εργασίας.
- Εξετάστε το χρόνο που θα χρειαστεί για να μετακινήσετε το πλοίο σε αυτή την απόσταση. Ας υποθέσουμε ότι το πλοίο διανύει αυτήν την απόσταση με ταχύτητα 20 m ανά δευτερόλεπτο (m/s). Για να καλύψει μια απόσταση 80 m, το πλοίο διαρκεί 80/20 = 4 δευτερόλεπτα. Έτσι, η προπέλα του πλοίου κάνει 24.000 Joules εργασίας σε 4 δευτερόλεπτα, οπότε η ισχύς εφαρμόζεται με ρυθμό 24.000/4 = 6.000 Joules ανά δευτερόλεπτο (J/s).
-
Κατανοήστε το ιστορικό υπόβαθρο του χρονισμού. Πριν από τη χρήση κινητήρων βενζίνης και ατμού για την τροφοδοσία των πρώτων τρένων και πλοίων (το πρώτο πλοίο που χρησιμοποίησε έλικα ήταν το HMS Britain του οποίου το πρώτο ταξίδι πραγματοποιήθηκε το 1846 και χρησιμοποίησε μία προπέλα με 6 λεπίδες, που μοιάζει με ανεμόμυλο), τα άλογα κάνουν μια πολύ επίπονη και ποικίλη δουλειά. Μοναδικά, οι άνθρωποι μετρούν πόση προσπάθεια μπορεί να κάνει ένα άλογο και υπολογίζουν το χρόνο. Αφού έψαξαν τον μέσο όρο μιας σειράς δοκιμών, αποφάσισαν 746 J/s ως το τυπικό ποσοστό εργασίας που έκανε ένα υγιές άλογο. Αργότερα αυτό το πρότυπο έγινε γνωστό ως "ιπποδύναμη". 746 Joules ανά δευτερόλεπτο σε μία ιπποδύναμη (hp). Αυτό ισχύει ακόμα και σήμερα.
746 X 60 = 44,760 Joules ανά λεπτό, το οποίο ισούται με: έναν ίππο
- Μια άλλη καθολική μονάδα ισχύος, που γενικά περιορίζεται πλέον στον ηλεκτρονικό και ηλεκτρικό εξοπλισμό και βασίζεται στο μετρικό σύστημα MKS (μέτρο-χιλιόγραμμα-δευτερόλεπτο/δευτερόλεπτο), είναι το "watt". Εάν ένας Νεύτωνας δύναμης διανύσει απόσταση ενός μέτρου, τότε έχει γίνει ένα τζάουλ εργασίας. εάν η δύναμη χρειάζεται ένα δευτερόλεπτο για να κάνει ένα joule αυτής της εργασίας, τότε η κατανάλωση ενέργειας είναι ένα watt. Άρα ένα watt είναι ένα joule το δευτερόλεπτο.
Βήμα 2. Εξετάστε τη βιομηχανία που έχει ανάγκη αυτή τη στιγμή
Στις περισσότερες περιπτώσεις στη βιομηχανία, δουλεύουμε με περιστρεφόμενες μηχανές και όχι μηχανές με ευθεία κίνηση όπως άλογο που οργώνει με σβάρνα σε 160.000 m² γης. Έτσι, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να καθορίσουμε την ισχύ εξόδου πραγμάτων όπως ηλεκτροκινητήρες, ατμομηχανές, τουρμπίνες, ντίζελ κ.λπ., και έτσι, γνωρίζουμε το θέμα της ροπής.
- Η ροπή είναι μια μέτρηση της τάσης να αλλάζουμε κατεύθυνση ή να περιστρέφουμε κάτι ή να δίνουμε περιστροφική κίνηση σε ένα αντικείμενο σε μερικούς άξονες. Εάν πιέσετε τη λαβή ενός μοχλού πέντε μέτρων με δύναμη 20 Newtons, εφαρμόζετε ροπή 5 Χ 20 = Newton-μέτρα.
- Τώρα, εδώ είναι η δυσκολία και μπορεί να οδηγήσει σε σύγχυση. Για να υπολογίσετε γραμμική εργασία σε ευθεία γραμμή, πολλαπλασιάζετε τη δύναμη με τη μετατόπιση. Και πάλι, πολλαπλασιάζετε τη δύναμη στις ίδιες μονάδες με τη μετατόπιση, αλλά σε αυτή την περίπτωση η μετατόπιση είναι ο «βραχίονας του μοχλού» και παρόλο που παράγετε ροπή, εκτός εάν κάτι περιστρέφεται, δεν υπάρχει κίνηση και επομένως, εργασία.
- Η εργασία και η ροπή, αν και φαίνεται ότι μετρώνται στην ίδια μονάδα, στην πραγματικότητα είναι πολύ διαφορετικές. Καμία εργασία δεν γίνεται πριν η ροπή παράγει πραγματική περιστροφή, και ως εκ τούτου, δεν χρησιμοποιείται ρεύμα.
- Η εργασία μετριέται σε Joules (J) ενώ η ροπή μετράται σε Newton.meters (Nm) για να γίνει διάκριση μεταξύ των δύο.
Βήμα 3. Μετρήστε την εργασία εάν υπάρχει κίνηση ή περιστροφική "μετατόπιση"
Ας υποθέσουμε ότι ένας μοχλός είναι σταθερά κλειδωμένος στο στήριγμα του, ο οποίος καταλήγει σε έναν άξονα και το χέρι σας, εφαρμόζοντας δύναμη 20 N όπως πριν, διανύει μια απόσταση δύο μέτρων κατά μήκος του κύκλου που αντιπροσωπεύει ο μοχλός των πέντε μέτρων, στη συνέχεια η εργασία γίνεται, όπως στο περίπτωση ίσιας γραμμής παραπάνω, ίση με μετατόπιση δυνάμεων ή 20 Χ 2 = 40 μέτρα Newton. Ας υποθέσουμε ότι πολλαπλασιάζετε και διαιρείτε αυτόν τον αριθμό με τον μοχλό μήκους 5 μέτρων ή τον «βραχίονα μοχλού». Προφανώς, αυτό δεν θα αλλάξει το αποτέλεσμα, οπότε μπορείτε να γράψετε:
- Εργασία = 5 Χ 20 Χ 2/5 και το αποτέλεσμα είναι 40 Τζάουλ όπως πριν, αλλά είναι 5 Χ 20 πάνω από αυτό; Μόλις είδατε ότι έχει ροπή.
- Τι είναι το "2/5"; Η γραμμική μετατόπιση των 2 μέτρων διαιρούμενη με το μοχλοβραχίονα, σας λέει πόσο μακριά περιστρέψατε τον άξονα σε γωνιακές μονάδες που ονομάζονται ακτίνια. Ένα ακτίνιο, που χρησιμοποιείται καθολικά στη φυσική και τη μηχανική, ορίζεται ως η γωνία μεταξύ δύο ακτίνων ενός κύκλου, έτσι ώστε τα σημεία στην περιφέρεια ενός κύκλου όπου τέμνονται οι δύο ακτίνες, να χωρίζονται από το μήκος των ακτίνων του κύκλου. Αυτός ο υπολογισμός είναι πολύ κοντά στις 57 μοίρες ή είναι επίσης η γωνία που σχηματίζεται στο κέντρο του κύκλου από ένα τόξο που είναι ίσο με την ακτίνα του κύκλου στην περιφέρεια του κύκλου.
-
Έτσι, μπορείτε να πείτε ότι η εργασία που πραγματοποιείται από μια ροπή που παράγει ακτίνια περιστροφικής μετατόπισης (θήτα) είναι ίση με τη ροπή (L)
- φορές τη μετατόπιση περιστροφής ή
- δουλειά = L X theta σε joules
Βήμα 4. Παρατηρήστε ότι σας ενδιαφέρει πολύ η ποσότητα ιπποδύναμης στην περιστροφή του κινητήρα και του κινητήρα, δηλαδή το χρονικό διάστημα για την εκτέλεση της περιστροφικής εργασίας:
- περιστροφική ισχύς = ροπή Χ γωνιακή μετατόπιση (ακτίνια)/χρόνος (δευτερόλεπτα)
-
Στη φυσική, η γωνιακή ταχύτητα γράφεται σε ακτίνια ανά δευτερόλεπτο, αλλά κάθε κινητήρας ή κινητήρας αεροπλάνου ή πλοίου που βλέπετε μετριέται πάντα σε r.p.m (στροφές ανά λεπτό), οπότε πρέπει να το αλλάξουμε.
- Μία περιστροφή ανά λεπτό (σ.α.λ.) = 60 στροφές/δευτερόλεπτο = 60 στροφές, αλλά μία περιστροφή ανά δευτερόλεπτο = 2 Χ π ακτίνια ανά δευτερόλεπτο
- Έτσι, η ισχύς σε Joules ανά δευτερόλεπτο μιας περιστρεφόμενης συσκευής, που παράγει μια ροπή, L, και περιστρέφεται με ταχύτητα S rpm, είναι
- Ισχύς = S/60 X (2 pi) X L σε J/s και όπως γράφτηκε προηγουμένως, για να το μετατρέψετε σε ιπποδύναμη, πρέπει να διαιρέσετε με 746 ή
- Ιπποδύναμη κινητήρα = (2 pi) /44.760 X L X S όπου L είναι η ροπή που μετράται σε μέτρα Newton (συνήθως με φρένο Prony) και S είναι η ταχύτητα περιστροφής σε r.p.m που μπορεί να μετρηθεί με μετρητή, στροβοσκόπιο, λέιζερ κ.λπ. Με αυτόν τον τρόπο, οι καμπύλες απόδοσης των κινητήρων αυτοκινήτων και μοτοσικλετών μπορούν να απεικονιστούν με τη μορφή ενός γραφήματος ροπής έναντι r.p.m. και ισχύς (hp) έναντι στροφών κινητήρα σε σ.α.λ. και οι τεχνικοί αυτοκινήτων μπορούν να δουν τη βέλτιστη απόδοση από αυτά τα γραφήματα.
