Kuinka laskea teho hevosvoimina tai watteina, mitä nämä termit tarkoittavat ja miksi nämä termit ovat tärkeitä.
Vaihe
Vaihe 1. Tarkista perusasiat
Sana teho määritellään ajanjaksoksi työn tekemiselle. Samaan aikaan työ on vanha termi, jolla mitataan, kuinka tehokkaasti käytetty voima liikuttaa inerttiä esinettä tai kohtaa esteen tai muun esteen ja kattaa matkan.
- Tässä on kysymys siitä, että "työn" tekemiseksi voiman on kuljettava etäisyys. Jos esimerkiksi potkuri, jonka voima on 300 N, liikuttaa alusta vedessä 80 m, tehty työ on FORCE x DISTANCE = 300 x 80 = 24 000 "Nm/Joule" --- joten voidaan sanoa, että potkuri potkuri on tehnyt 24 000 joulea työtä.
- Mieti aikaa, joka kuluu aluksen siirtämiseen kyseiselle etäisyydelle. Oletetaan, että alus kulkee tämän matkan nopeudella 20 m sekunnissa (m/s). Alus kestää 80 metrin matkan 80/20 = 4 sekuntia. Joten aluksen potkuri tekee 24 000 joulea työtä 4 sekunnissa, joten tehoa käytetään 24 000/4 = 6 000 joulea sekunnissa (J/s).
-
Ymmärrä ajoituksen historiallinen tausta. Jo aikoina ennen kuin bensiinimoottoreita ja höyryvoimaa käytettiin ensimmäisten junien ja laivojen voimaantamiseen (ensimmäinen alus, joka käytti potkuria, oli HMS Britain, jonka ensimmäinen matka tehtiin vuonna 1846 ja jossa käytettiin yhtä 6 -lapaista potkuria, joka näyttää tuulimyllyltä), hevoset tekevät erittäin rasittavaa ja monipuolista työtä. Ainutlaatuisesti ihmiset mittaavat kuinka paljon vaivaa hevonen voi tehdä ja laskevat ajan. Kun he olivat etsineet useiden kokeiden keskiarvoa, he päättivät 746 J/s terveen hevosen tekemän työn vakioprosentiksi. Myöhemmin tämä standardi tunnettiin nimellä "hevosvoima". 746 Joulea sekunnissa yhteen hevosvoimaan (hv). Tämä pitää paikkansa vielä tänäkin päivänä.
746 X 60 = 44 760 Joulea minuutissa, mikä vastaa yhtä hevosvoimaa
- Toinen yleinen voimayksikkö, joka rajoittuu nykyään yleensä elektronisiin ja sähkölaitteisiin ja perustuu MKS (metri-kilogramma-sekunti/sekunti) -metrijärjestelmään, on "watti". Jos yksi Newtonin voima kulkee metrin etäisyyden, yksi joule työtä on tehty; jos voima kestää yhden sekunnin yhden joulin tekemiseksi tästä työstä, virrankulutus on yksi wattia. Joten yksi watti on yksi joule sekunnissa.
Vaihe 2. Harkitse tällä hetkellä tarvitsevaa teollisuutta
Useimmissa tapauksissa teollisuudessa työskentelemme pyörivillä koneilla, emme koneilla, joilla on suora liike kuten hevosella, joka auraa äkillä 160 000 m²: n maalla. Joten meidän pitäisi pystyä määrittämään esimerkiksi moottorien, höyrykoneiden, turbiinien, dieselien jne. Lähtöteho, ja siten opimme tuntemaan vääntömomentin.
- Vääntömomentti mittaa taipumusta muuttaa suuntaa tai pyörittää jotain tai antaa pyörivää liikettä esineelle joillakin akseleilla. Jos painat viiden metrin vivun kahvaa 20 newtonin voimalla, vääntömomentti on 5 x 20 = newtonmetriä.
- Tässä on nyt vaikeus ja se voi aiheuttaa sekaannusta. Suoran suoran työn laskemiseksi kerrotaan voima siirtymällä. Jälleen kerran kerrot voiman samoissa yksiköissä kuin siirtymä, mutta tässä tapauksessa siirtymä on "vipuvarsi" ja vaikka tuotat vääntömomenttia, ellei jokin pyöri, ei ole liikettä eikä siten työtä.
- Työ ja vääntömomentti, vaikka ne näyttävät olevan mitattu samassa yksikössä, ovat itse asiassa hyvin erilaisia. Mitään työtä ei tehdä ennen kuin vääntömomentti tuottaa todellisen pyörimissuunnan, joten virtaa ei käytetä.
- Työ mitataan jouleina (J), kun taas vääntömomentti mitataan newtonmetreinä (Nm) näiden kahden erottamiseksi toisistaan.
Vaihe 3. Mittaa työ, jos siinä on liikettä tai pyörimistä
Oletetaan, että vipu on lukittu tukevasti tukipisteeseen, joka päättyy akseliin, ja kätesi kulkee 20 N: n voimalla kuten ennenkin ja kulkee kahden metrin etäisyydellä viiden metrin vivun edustamaa ympyrää pitkin. jos kyseessä on suora viiva edellä, joka on yhtä suuri kuin voima kertaa siirtymä tai 20 X 2 = 40 Newton metriä. Oletetaan, että kerrot ja jaat tämän numeron samanaikaisesti 5 metrin pituisella vivulla tai "vipuvarrella". Tämä ei tietenkään muuta tulosta, joten voit kirjoittaa:
- Työ = 5 X 20 X 2/5 ja tulos on 40 Joulea kuten ennen, mutta onko 5 X 20 edellä? Näit juuri, että se on vääntömomentti.
- Mikä on "2/5"? 2 metrin lineaarinen siirtymä jaettuna vipuvarressa kertoo, kuinka pitkälle olet kääntänyt akselia kulmayksiköissä, joita kutsutaan radiaaneiksi. Fysiikassa ja konetekniikassa yleisesti käytetty radiaani määritellään ympyrän kahden säteen väliseksi kulmaksi siten, että ympyrän kehän pisteet, joissa kaksi sädettä leikkaavat, erotetaan ympyrän säteiden pituudella. Tämä laskelma on hyvin lähellä 57 astetta tai se on myös kulma, jonka ympyrän keskelle muodostaa kaari, joka on yhtä suuri kuin ympyrän säde ympyrän kehällä.
-
Joten voit sanoa, että vääntömomentin, joka tuottaa kiertymäsiirtymä (teeta) radiaaneja, tekemä työ on yhtä suuri kuin vääntömomentti (L)
- kertaa kierrossiirtymä tai
- työ = L X teeta jouleina
Vaihe 4. Huomaa, että olet paljon kiinnostuneempi hevosvoiman määrästä moottorin ja moottorin pyörimisessä, ts. Aikaväli pyöritystyön suorittamiseen:
- pyörimisvoima = vääntömomentti X kulmasiirtymä (radiaanit)/aika (sekuntia)
-
Fysiikassa kulmanopeus kirjoitetaan radiaaneina sekunnissa, mutta kaikki näkemäsi moottorit tai lentokoneiden tai laivojen moottorit mitataan aina rpm (kierrosta minuutissa), joten meidän on muutettava sitä.
- Yksi kierros minuutissa (rpm) = 60 kierrosta sekunnissa = 60 kierrosta minuutissa, mutta yksi kierros sekunnissa = 2 X pi radiaania sekunnissa
- Joten vääntömomenttia L tuottavan ja pyörivän nopeuden S rpm pyörivän laitteen teho jouleina sekunnissa on
- Teho = S/60 X (2 pi) X L J/s ja kuten aiemmin on kirjoitettu, muuntamalla se hevosvoimaan sinun on jaettava 746 tai
- Moottorin hevosvoimaa = (2 pi)/44,760 X L X S jossa L on vääntömomentti mitattuna newtonmetreinä (yleensä Prony -jarrulla) ja S on pyörimisnopeus rpm, joka voidaan mitata laskurilla, stroboskoopilla, laserilla jne. Tällä tavalla auto- ja moottoripyörämoottorien suorituskykykäyrät voidaan kuvata kaaviona vääntömomentista vs. ja teho (hv) verrattuna moottorin kierroslukuun r.ppm ja autoteknikot näkevät sen optimaalisen suorituskyvyn näistä kaavioista.
