כיצד לחשב הספק בכוחות סוס או וואט, מה פירוש המונחים הללו ומדוע חשובים מונחים אלה.
שלב
שלב 1. סקור את היסודות
המילה כוח מוגדרת כרווח הזמן לביצוע עבודה. בינתיים, עבודה היא מונח ישן למדידת עד כמה כוח מופעל יעיל בהנעת אובייקט אינרטי או מול מכשול או מכשול אחר וכיסוי מרחק.
- הנקודה כאן היא שכדי לבצע "עבודה", כוח חייב לעבור מרחק. לדוגמה, אם מדחף בכוח של 300 N מניע ספינה במים 80 מ ', אז העבודה שבוצעה היא FORCE x DISTANCE = 300 x 80 = 24,000 "Nm/Joule" --- כך שניתן לומר כי המדחף המדחף עשה 24,000 ג'ול עבודה.
- שקול את הזמן שיידרש להעביר את הספינה למרחק זה. נניח שהספינה נוסעת למרחק זה במהירות של 20 מ 'לשנייה (m/s). כדי לכסות מרחק של 80 מ ', הספינה אורכת 80/20 = 4 שניות. אם כן, מדחף הספינה מבצע 24,000 ג'אול עבודה תוך 4 שניות, כך שהספק מופעל בקצב של 24,000/4 = 6,000 ג'ול לשנייה (J/s).
-
להבין את הרקע ההיסטורי של העיתוי. עוד בימים שלפני מנועי בנזין וכוח קיטור הופעלו על מנת להניע את הרכבות והספינות הראשונות (הספינה הראשונה שהשתמשה במדחף הייתה HMS בריטניה שהמסע הראשון שלה התקיים בשנת 1846 והשתמש במדחף אחד בעל 6 להבים, שנראה כמו טחנת רוח), הסוסים עושים עבודה מאומצת ומגוונת מאוד. באופן ייחודי, אנשים מודדים כמה מאמץ סוס יכול לעשות ומחשבים את הזמן. לאחר שחיפשו את הממוצע של מספר ניסויים, הם החליטו על 746 J/s כשיעור העבודה הסטנדרטי של סוס בריא. מאוחר יותר נודע תקן זה כ"כוח סוס ". 746 ג'אול לשנייה לכוח סוס אחד (כ"ס). זה נכון גם כיום.
746 X 60 = 44,760 ג'ול לדקה, שזה שווה ל: כ"ס אחת
- יחידת כוח אוניברסלית נוספת, המוגבלת כיום בדרך כלל לציוד אלקטרוני וחשמלי ומבוססת על המערכת המטרית MKS (מטר-ק"ג/שנייה), היא ה"וואט ". אם ניוטון אחד של כוח עובר מרחק של מטר אחד, אז בוצע ג'אול אחד של עבודה; אם הכוח לוקח שנייה אחת לבצע ג'אול אחד מהעבודה הזו, אז צריכת החשמל היא וואט אחד. אז וואט אחד הוא ג'אול אחד לשנייה.
שלב 2. שקול את התעשייה הנזקקת בשלב זה
ברוב המקרים בתעשייה, אנו עובדים עם מכונות מסתובבות ולא עם מכונות בתנועה ישרה כמו סוס החורש עם חרוז על 160,000 מ ר. לכן, עלינו להיות מסוגלים לקבוע את הספק המוצא של דברים כמו מנועים חשמליים, מנועי קיטור, טורבינות, דיזל וכו ', וכך, נכיר את נושא המומנט.
- מומנט הוא מדידה של הנטייה לשנות כיוון או לסובב משהו או לתת תנועה סיבובית לאובייקט בכמה צירים. אם אתה לוחץ על ידית ידית של חמישה מטרים בעוצמה של 20 ניוטון, אתה מפעיל מומנט של 5 X 20 = מטרים של ניוטון.
- כעת, הנה הקושי ויכול להוביל לבלבול. כדי לחשב עבודה לינארית על קו ישר, אתה מכפיל את הכוח בתזוזה. שוב, אתה מכפיל את הכוח באותן יחידות כמו התזוזה, אך במקרה זה התזוזה היא "זרוע המנוף" ולמרות שאתה מייצר מומנט, אלא אם כן משהו מסתובב, אין תנועה ולכן אין עבודה.
- העבודה והמומנט, למרות שנראה שהם נמדדים באותה יחידה, למעשה שונים מאוד. לא מתבצעת עבודה לפני שהמומנט מייצר סיבוב בפועל, ולכן לא נעשה שימוש בכוח.
- העבודה נמדדת בג'ול (J) ואילו המומנט נמדד ב- Newton.meters (Nm) כדי להבדיל בין השניים.
שלב 3. מדוד את העבודה אם יש תנועה או "תזוזה" סיבובית
נניח מנוף נעולה היטב על נקודת המשען שלה שמסתיימת בציר וידך, מפעילה 20 נ 'כוח כמו קודם, עוברת מרחק של שני מטרים לאורך המעגל המיוצג על ידי מנוף חמישה מטרים, ואז מתבצעת עבודה, כמו ב במקרה של קו ישר מעל. למעלה, שווה לכפיית הכח או 20 X 2 = 40 מטר ניוטון. נניח שאתה בו זמנית מכפיל ומחלק את המספר הזה בידית הארוכה של 5 מטר או "זרוע מנוף". ברור שזה לא ישנה את התוצאה, כך שתוכל לכתוב:
- עבודה = 5 X 20 X 2/5 והתוצאה היא 40 ג'ול כמו בעבר, אבל האם 5 X 20 מעל זה? רק עכשיו ראית שזה מומנט.
- מהו "2/5"? התזוזה הלינארית של 2 מטרים מחולקת בזרוע המנוף, מספרת לך כמה רחוק הפנית את הציר ביחידות זוויתיות הנקראות רדיאנים. רדיאן, המשמש באופן אוניברסלי בפיזיקה ובהנדסת מכונות, מוגדר כזווית בין שתי רדיוסים של מעגל כך שהנקודות בהיקף מעגל שבו שתי הרדיוסים מצטלבים, מופרדות באורך רדיוס המעגל. חישוב זה קרוב מאוד ל -57 מעלות או שהוא גם הזווית שנוצרת במרכז המעגל על ידי קשת השווה לרדיוס המעגל בהיקף המעגל.
-
אז אתה יכול לומר שהעבודה שנעשית על ידי מומנט המייצר רדיאנים של תזוזה (תטא) שווה למומנט (L)
- פעמים העקירה הסיבובית או
- עבודה = L X תטא בג'ול
שלב 4. שים לב שאתה מתעניין הרבה יותר בכמות הסוס בסיבוב המנוע והמנוע, כלומר מרווח הזמן לביצוע העבודה הסיבובית:
- כוח סיבוב = מומנט X תזוזה זוויתית (רדיאנים)/זמן (שניות)
-
בפיזיקה, המהירות הזוויתית כתובה ברדיאנים לשנייה, אך כל מנוע או מטוס או מנוע ספינה שאתה רואה נמדדים תמיד בסל ד (סיבובים לדקה), ולכן עלינו לשנות זאת.
- סיבוב אחד לדקה (סל"ד) = 60 סיבובים/שנייה = 60 סל"ד, אך סיבוב אחד לשנייה = 2 X pi רדיאנים לשנייה
- אז הכוח בג'ול לשנייה של מכשיר מסתובב, המייצר מומנט, L, ומסתובב במהירות S סל"ד, הוא
- הספק = S/60 X (2 pi) X L ב- J/s וכפי שנכתב בעבר, כדי להמיר אותו לכוח סוס, עליך לחלק ב- 746 או
- כוח סוס מנוע = (2 pi) /44.760 X L X S כאשר L הוא המומנט הנמדד במטר ניוטון (בדרך כלל עם בלם פרוני) ו- S הוא מהירות הסיבוב בסל"ד הניתנת למדידה באמצעות מונה, סטרבוסקופ, לייזר וכו '. באופן זה ניתן לתאר את עקומות הביצועים של מנועי מכוניות ואופנועים בצורה של גרף מומנט מול סל"ד. והספק (כ"ס) מול מהירות המנוע בסל"ד וטכנאי רכב יכולים לראות את הביצועים האופטימליים שלהם מתוך תרשימים אלה.
