Kā aprēķināt jaudu zirgspēkos vai vatos, ko šie termini nozīmē un kāpēc šie termini ir svarīgi.
Solis
1. solis. Pārskatiet pamatus
Vārds spēks ir definēts kā laika intervāls darba veikšanai. Tikmēr darbs ir sens termins, lai izmērītu, cik efektīvi pielietotais spēks pārvieto inertu objektu vai saskaras ar šķērsli vai citu šķērsli un veic attālumu.
- Šeit ir runa par to, ka, lai veiktu "darbu", spēkam ir jāpārvar kāds attālums. Piemēram, ja dzenskrūve ar 300 N spēku pārvieto kuģi ūdenī 80 m, tad paveiktais darbs ir FORCE x DISTANCE = 300 x 80 = 24 000 "Nm/Joule" --- tātad var teikt, ka dzenskrūve dzenskrūve ir paveikusi 24 000 džoulu darbu.
- Apsveriet laiku, kas nepieciešams, lai pārvietotu kuģi šajā attālumā. Pieņemsim, ka kuģis šo attālumu veic ar ātrumu 20 m sekundē (m/s). Lai veiktu 80 m attālumu, kuģis aizņem 80/20 = 4 sekundes. Tātad kuģa dzenskrūve veic 24 000 džoulu darbu 4 sekundēs, tāpēc jauda tiek izmantota ar ātrumu 24 000/4 = 6 000 džouli sekundē (J/s).
-
Izprotiet laika vēsturisko fonu. Tajos laikos, kad pirmo vilcienu un kuģu darbināšanai tika izmantoti benzīna dzinēji un tvaika jauda (pirmais kuģis, kas izmantoja dzenskrūvi, bija HMS Britain, kura pirmais brauciens notika 1846. gadā un izmantoja vienu dzenskrūvi ar 6 asmeņiem, kas izskatās kā vējdzirnavas), zirgi veic ļoti smagu un daudzveidīgu darbu. Unikāli cilvēki mēra, cik daudz pūļu zirgs var izdarīt, un aprēķina laiku. Pēc vairāku izmēģinājumu vidējās vērtības noteikšanas viņi nolēma 746 J/s kā standarta darba likmi, ko veica veselīgs zirgs. Vēlāk šis standarts kļuva pazīstams kā "zirgspēks". 746 džouli sekundē vienā zirgspēkā (ZS). Tas joprojām ir taisnība arī šodien.
746 X 60 = 44 760 džouli minūtē, kas ir vienāds ar: vienu ZS
- Vēl viena universāla jaudas vienība, kas parasti aprobežojas ar elektroniskām un elektriskām iekārtām un kuras pamatā ir metriskā sistēma MKS (metrs-kilograms-sekunde/sekunde), ir "vats". Ja viens Ņūtona spēks pārvietojas viena metra attālumā, tad ir veikts viens džouls darba; ja spēks aizņem vienu sekundi, lai veiktu vienu šī darba džoulu, tad enerģijas patēriņš ir viens vats. Tātad viens vats ir viens džouls sekundē.
2. solis. Apsveriet nozari, kurai šobrīd nepieciešama palīdzība
Lielākajā daļā gadījumu rūpniecībā mēs strādājam ar rotējošām mašīnām, nevis mašīnām ar taisnu kustību, piemēram, zirgu aršanu ar ecēšām uz 160 000 m² zemes. Tātad mums vajadzētu spēt noteikt tādu lietu izejas jaudu kā elektromotori, tvaika dzinēji, turbīnas, dīzeļi utt., Un tādējādi mēs iepazīstam griezes momentu.
- Griezes moments ir mērījums tendencei mainīt virzienu vai kaut ko pagriezt vai dot rotācijas kustību objektam uz dažām asīm. Nospiežot piecu metru sviras rokturi ar 20 ņūtonu spēku, jūs pieliekat griezes momentu 5 X 20 = ņūtonmetri.
- Tagad šeit ir grūtības un tas var radīt neskaidrības. Lai aprēķinātu lineāro darbu taisnā līnijā, spēks jāreizina ar pārvietojumu. Atkal, jūs reizināt spēku tajās pašās vienībās, kurās pārvietojums, bet šajā gadījumā pārvietojums ir "sviras roka", un, lai gan jūs ražojat griezes momentu, ja vien kaut kas negriežas, nav kustību un līdz ar to arī darba.
- Darbs un griezes moments, lai gan šķiet, ka tos mēra vienā vienībā, patiesībā ir ļoti atšķirīgi. Darbs netiek veikts, pirms griezes moments rada faktisku rotāciju, un tādējādi netiek izmantota jauda.
- Darbs tiek mērīts džoulos (J), savukārt griezes moments tiek mērīts Ņūtonā. Metri (Nm), lai nošķirtu abus.
Solis 3. Izmēriet darbu, ja ir kāda kustība vai rotācijas "pārvietojums"
Pieņemsim, ka svira ir stingri fiksēta tās atbalsta punktā, kas beidzas ar asi, un jūsu roka, pieliekot 20 N spēku, kā iepriekš, veic divu metru attālumu pa apli, ko attēlo piecu metru svira, un tad tiek veikts darbs, gadījumā, ja taisna līnija atrodas augšpusē, vienāda ar spēka un pārvietojuma laiku vai 20 X 2 = 40 ņūtonmetri. Pieņemsim, ka jūs vienlaikus reizināt un dalāt šo skaitli ar 5 metrus garu sviru vai "sviras roku". Acīmredzot tas rezultātu nemainīs, tāpēc varat rakstīt:
- Darbs = 5 X 20 X 2/5, un rezultāts ir 40 džouli kā iepriekš, bet vai 5 X 20 ir virs tā? Jūs tikko redzējāt, ka tas ir griezes moments.
- Kas ir "2/5"? Lineārais pārvietojums 2 metrus dalot ar sviras sviru parāda, cik tālu jūs pagriezāt asi leņķiskās vienībās, ko sauc par radiāniem. Radiāns, ko vispārēji izmanto fizikā un mašīnbūvē, tiek definēts kā leņķis starp diviem apļa rādiusiem tā, ka punkti apļa apkārtmēram, kur abi rādiusi krustojas, tiek atdalīti ar apļa rādiusa garumu. Šis aprēķins ir ļoti tuvu 57 grādiem vai arī ir leņķis, ko apļa centrā veido loks, kas ir vienāds ar apļa rādiusu apļa apkārtmērā.
-
Tātad jūs varat teikt, ka darbs, ko veic griezes moments, kas rada rotācijas nobīdes (teta) radiānus, ir vienāds ar griezes momentu (L)
- reizes rotācijas pārvietojums vai
- darbs = L X teta džoulos
4. solis. Ievērojiet, ka jūs daudz vairāk interesē zirgspēku daudzums motora un dzinēja rotācijā, t.i., laika intervāls rotācijas darba veikšanai:
- rotācijas jauda = griezes moments X leņķiskais pārvietojums (radiāni)/laiks (sekundes)
-
Fizikā leņķiskais ātrums tiek rakstīts radiānos sekundē, bet jebkurš redzamais motors, lidmašīna vai kuģa dzinējs vienmēr tiek mērīts apgriezienos minūtē (apgriezieni minūtē), tāpēc mums tas ir jāmaina.
- Viens apgrieziens minūtē (apgr./min.) = 60 apgriezieni sekundē = 60 apgr./min., Bet viens apgrieziens sekundē = 2 X pi radiāni sekundē
- Tātad rotējoša aparāta jauda džoulos sekundē, radot griezes momentu L un rotējot ar ātrumu S apgr./min.
- Jauda = S/60 X (2 pi) X L J/s un, kā iepriekš rakstīts, lai to pārvērstu zirgspēkos, jums jāsadala ar 746 vai
- Motora zirgspēki = (2 pi)/44,760 X L X S kur L ir griezes moments, ko mēra ņūtonmetros (parasti ar Prony bremzi), un S ir rotācijas ātrums apgriezienos, ko var izmērīt ar skaitītāju, stroboskopu, lāzeru utt. Tādā veidā automašīnu un motociklu dzinēju veiktspējas līknes var attēlot griezes momenta grafika veidā pret apgriezieniem minūtē. un jauda (ZS) pret motora apgriezienu skaitu minūtē. un automobiļu tehniķi var redzēt optimālo veiktspēju no šīm diagrammām.
