Как рассчитать мощность в лошадиных силах или ваттах, что означают эти термины и почему они важны.
Шаг
Шаг 1. Изучите основы
Слово сила определяется как временной интервал для выполнения работы. Между тем, работа - это старый термин, обозначающий, насколько эффективно приложенная сила перемещает инертный объект, сталкивается с препятствием или другим препятствием и преодолевает расстояние.
- Дело в том, что для выполнения «работы» сила должна пройти определенное расстояние. Например, если гребной винт с усилием 300 Н перемещает корабль на воде на 80 м, то проделанная работа составит СИЛА x РАССТОЯНИЕ = 300 x 80 = 24000 «Нм / Джоуль» - так что можно сказать, что гребной винт пропеллер отработал 24 000 Джоулей работы.
- Учтите, сколько времени потребуется, чтобы переместить корабль на это расстояние. Предположим, что корабль проходит это расстояние со скоростью 20 м в секунду (м / с). Чтобы преодолеть расстояние 80 м, кораблю требуется 80/20 = 4 секунды. Таким образом, гребной винт корабля выполняет 24 000 Джоулей работы за 4 секунды, поэтому мощность подается со скоростью 24 000/4 = 6000 Джоулей в секунду (Дж / с).
-
Разберитесь в исторической подоплеке выбора времени. Еще в те дни, когда бензиновые двигатели и паровая энергия не использовались для питания первых поездов и кораблей (первым кораблем, на котором был установлен гребной винт, был HMS Britain, первое плавание которого состоялось в 1846 году и использовало один гребной винт с 6 лопастями, который выглядел как ветряная мельница.) лошади выполняют очень напряженную и разнообразную работу. Однозначно люди измеряют, сколько усилий может сделать лошадь, и подсчитывают время. После поиска среднего числа испытаний они выбрали 746 Дж / с как стандартную скорость работы, выполняемой здоровой лошадью. Позже этот стандарт стал известен как «лошадиные силы». 746 Джоулей в секунду на одну лошадиную силу (л.с.). Это актуально и сегодня.
746 X 60 = 44 760 Джоулей в минуту, что равно: одному hp
- Другой универсальной единицей мощности, которая теперь обычно ограничивается электронным и электрическим оборудованием и основывается на метрической системе MKS (метр-килограмм-секунда / секунда), является «ватт». Если один Ньютон силы проходит расстояние в один метр, то один джоуль работы был выполнен; если силе требуется одна секунда, чтобы выполнить один джоуль этой работы, то потребляемая мощность составляет один ватт. Итак, один ватт - это один джоуль в секунду.
Шаг 2. Рассмотрим отрасль, которая в настоящее время в ней нуждается
В большинстве случаев в промышленности мы работаем с вращающимися машинами, а не с машинами с прямым движением, как лошадь, вспахивающая бороной на 160 000 м² земли. Итак, мы должны иметь возможность определять выходную мощность таких вещей, как электродвигатели, паровые двигатели, турбины, дизели и т. Д., И, таким образом, мы узнаем предмет крутящего момента.
- Крутящий момент - это мера тенденции к изменению направления или вращению чего-либо или приданию вращательного движения объекту по некоторым осям. Если вы нажмете на ручку пятиметрового рычага с силой 20 Ньютонов, вы приложите крутящий момент 5 X 20 = Ньютон-метров.
- Вот в чем трудность, которая может привести к путанице. Чтобы рассчитать линейную работу на прямой, вы умножаете силу на смещение. Опять же, вы умножаете силу в тех же единицах, что и смещение, но в этом случае смещение является «плечом рычага», и даже если вы создаете крутящий момент, если что-то не вращается, движения нет и, следовательно, нет работы.
- Работа и крутящий момент, хотя они кажутся измеренными в одной и той же единице, на самом деле очень разные. Никакая работа не выполняется до того, как крутящий момент вызывает фактическое вращение, и, следовательно, мощность не используется.
- Работа измеряется в Джоулях (Дж), а крутящий момент измеряется в Ньютон-метрах (Нм), чтобы различать их.
Шаг 3. Измерьте работу, если есть какое-либо движение или вращательное «смещение»
Предположим, что рычаг надежно зафиксирован в своей точке опоры, которая заканчивается осью, и ваша рука, приложив силу 20 Н, как и раньше, проходит расстояние в два метра по окружности, представленной пятиметровым рычагом, затем работа выполняется, как в в случае прямой линии, приведенной выше, равной силе, умноженной на смещение, или 20 X 2 = 40 Ньютон-метров. Предположим, вы одновременно умножаете и делите это число на 5-метровый рычаг или «плечо рычага». Очевидно, это не изменит результата, поэтому вы можете написать:
- Работа = 5 X 20 X 2/5, а результат - 40 Джоулей, как и раньше, но разве на 5 X 20 больше? Вы только что видели, что это крутящий момент.
- Что такое «2/5»? Линейное смещение в 2 метра, разделенное на плечо рычага, показывает, как далеко вы повернули ось в угловых единицах, называемых радианами. Радиан, повсеместно используемый в физике и машиностроении, определяется как угол между двумя радиусами круга, при котором точки на окружности круга, где пересекаются два радиуса, разделены длиной радиусов круга. Это вычисление очень близко к 57 градусам или также является углом, образованным в центре круга дугой, равной радиусу круга на окружности круга.
-
Таким образом, вы можете сказать, что работа, выполняемая крутящим моментом, который вызывает вращательное смещение (тета) радиан, равна крутящему моменту (L)
- раз вращательное смещение или
- работа = L X тета в джоулях
Шаг 4. Обратите внимание, что вас гораздо больше интересует количество лошадиных сил при вращении двигателя и двигателя, то есть временной интервал для выполнения вращательной работы:
- мощность вращения = крутящий момент X угловое смещение (радианы) / время (секунды)
-
В физике угловая скорость записывается в радианах в секунду, но любой двигатель, двигатель самолета или корабля, который вы видите, всегда измеряется в оборотах в минуту (обороты в минуту), поэтому мы должны это изменить.
- Один оборот в минуту (об / мин) = 60 оборотов в секунду = 60 оборотов в секунду, но один оборот в секунду = 2 X пи радиан в секунду
- Таким образом, мощность в Джоулях в секунду вращающегося устройства, создающего крутящий момент L и вращающегося со скоростью S об / мин, равна
- Мощность = S / 60 X (2 pi) X L в Дж / с, и, как было написано ранее, чтобы преобразовать ее в лошадиные силы, вам нужно разделить на 746 или
- Мощность двигателя = (2 пи) / 44,760 X L X S, где L - крутящий момент, измеренный в Ньютон-метрах (обычно с тормозом Prony), а S - скорость вращения в оборотах в минуту, которую можно измерить с помощью счетчика, стробоскопа, лазера и т. Д. Таким образом, характеристики двигателей автомобилей и мотоциклов можно изобразить в виде графика зависимости крутящего момента от числа оборотов в минуту. и мощность (л.с.) в зависимости от частоты вращения двигателя в об / мин. а автомобильные техники могут увидеть его оптимальную производительность из этих диаграмм.
