Як розрахувати потужність в кінських силах або ватах, що вони характеризують і чому мають значення.
Кроки
Основи. Слово "потужність" визначається як робота, виконана за певний час. Робота, в свою чергу, є історичним терміном, що характеризує ефективність прикладеної сили (для пересування тіла або для подолання інших перешкод або опору) на певній відстані.- Важливо тут те, що для «роботи» сила повинна діяти на певній відстані. Наприклад, якщо гвинт пересуває човен по воді з силою в 300 Н на відстань 80 м, то робота дорівнює сила х відстань = 300 X 80 = 24000 Дж (н*м), тобто можна сказати, що гвинт зробив 24000 Дж роботи.
- Розглянемо час, який потрібно, щоб перемістити човен на певну відстань. Припустимо, судно переміщається зі швидкістю 20 м/с.для проходження 80 м потрібно було б 80/20 = 4 секунди. Отже, гвинт човна зробив 24000 Дж роботи за 4 секунди, тому потужність дорівнює: 24000 / 4 = 6000 Вт (Дж/с).
- Історична довідка. До двигунів внутрішнього згоряння та енергії пари, яка приводила в рух перші поїзди і кораблі (перший гвинт був встановлений на корабель HMS Britain, який вперше вийшов в море в 1846 році; на ньому стояв один шестилопатевий гвинт, який виглядав як вітряк), величезна кількість різноманітних завдань виконувалася кіньми. Тому люди вирахували обсяг роботи, яку може виконати один кінь за певний час. Після усереднення значень, отриманих у ряді випробувань, вони зупинилися на цифрі 550 фунтів-фут в секунду як стандартному значенні роботи, виконуваної здоровим конем. Потім ця величина стала називатися"Кінська сила".
- У Росії під кінською силою мають на увазі метричну кінську силу, рівну приблизно 735,5 ватам.
- Інший повсюдно використовуваної одиницею потужності є "ВАТ" (Міжнародна система одиниць СІ). Якщо сила в один Ньютон переміщує тіло на відстань одного метра, то робота дорівнює одному Джоулю, а якщо на цю роботу потрібно одна секунда, то потужність дорівнює одному Вату. Тому ВАТ дорівнює одному джоулю в секунду.
-
Розглянемо сьогоднішні потреби промисловості.у переважній більшості випадків у промисловості ми маємо справу з обертовими механізмами, а не прямолінійним рухом. Так що ми повинні знати, як обчислювати потужність електродвигунів, парових машин, турбін, дизелів і т.д., і тому нам необхідно розглянути крутний момент, або правильніше момент сили.
- Момент сили характеризує силу, яка прагне повернути або закрутити щось, тобто надати обертальний рух тілу щодо деякої осі. Якщо ви крутите рукоятку довжиною 50 см (0,5 м) з силою 200 Н, то момент сили 0,5 x 200 = 100 Н*м.
- Не заплутайтеся. Для того щоб обчислити роботу при прямолінійному переміщенні, ви множите силу на переміщення. І тут ви множите силу на переміщення, але в цьому випадку переміщення дорівнює "важелю", тобто відстані від осі до точки прикладання сили.
- Робота і момент сили-різні поняття. До тих пір, поки момент сили не робить обертального руху, не робиться ніякої роботи, і ніяка потужність не споживається.
-
Виміряйте роботу при обертальному русі.припустимо, важіль довжиною 50 см жорстко закріплений на осі обертання, ви прикладаєте до нього силу в 200 Н, при цьому важіль повертається на 20 см по колу. Робота в цьому випадку дорівнює добутку сили і переміщенню, тобто 0,2 х 200 = 40 Н*М.припустимо, що ви одночасно множите і ділите цю цифру на 0,5 м - довжину важеля. Очевидно, що це не змінить результат, так що можете написати:
- Робота = 0,5 * 200 X 0,2 / 0,5 і ще раз отримаєте відповідь: 40 Н * м. але що значить твір 0,5 * 200? Це і є момент сили.
- Що таке "0,2 / 0,5"? 20 см переміщення по колу, поділені на довжину важеля (по суті – на радіус кола) дає вам величину кута повороту в радіанах. Радіан визначається як кут між двома радіусами кола в ситуації, коли довжина дуги між двома радіусами дорівнює радіусу кола. 1 рад = 57 градусам (приблизно).
- Таким чином, робота, досконала моментом сили при обертальному переміщенні (тета, в радіанах), дорівнює добутку крутного моменту (М) на величину обертального переміщення (в радіанах):
- Робота = м * тета (в радіанах)
-
Зверніть увагу, що потужність розраховується за певний час, тому:
- Потужність = момент сили *(кут/час)
- Кут / час є кутова швидкість (в рад/с)
- У фізиці кутова швидкість вимірюється в радіанах в секунду, але це значення для двигуна літака або судна завжди приводиться в оборотах в хвилину і тому нам доведеться конвертувати ці величини.
- Один оборот в хвилину (rpm) = 60 оборотів в секунду (rps), а один оборот в секунду = 2 * Пі радіан в секунду
- Якщо М-момент сили (крутний момент), n-кількість оборотів в хвилину, то потужність у ватах дорівнює:
- Потужність = М*(2 * ПІ / 60) * N
- Для того щоб отримати це значення в кінських силах, вам потрібно розділити його на 735,5.
