چگونه می توان قدرت را در اسب بخار یا وات محاسبه کرد ، این اصطلاحات به چه معناست و چرا این اصطلاحات مهم هستند.
گام
مرحله 1. اصول اولیه را مرور کنید
واژه قدرت به عنوان فاصله زمانی انجام کار تعریف شده است. در همین حال ، کار اصطلاحی قدیمی برای سنجش میزان تأثیر نیروی وارد شده در حرکت یک جسم بی اثر یا روبرو شدن با مانع یا مانع دیگر و طی مسافت است.
- نکته در اینجا این است که برای انجام "کار" ، نیرویی باید مسافتی را طی کند. به عنوان مثال ، اگر یک ملخ با نیروی 300 N کشتی را در آب 80 متر حرکت دهد ، کار انجام شده FORCE x DISTANCE = 300 x 80 = 24،000 "Nm/Joule" است --- بنابراین می توان گفت که پروانه پروانه 24000 ژول کار انجام داده است.
- زمان مورد نیاز برای حرکت کشتی در این فاصله را در نظر بگیرید. فرض کنید کشتی این مسافت را با سرعت 20 متر بر ثانیه (متر/ثانیه) طی می کند. برای طی مسافت 80 متر ، کشتی 80/20 = 4 ثانیه طول می کشد. بنابراین ، پروانه کشتی 24000 ژول کار را در 4 ثانیه انجام می دهد ، بنابراین قدرت با نرخ 24000/4 = 6000 ژول در ثانیه (J/s) اعمال می شود.
-
پیشینه تاریخی زمان بندی را درک کنید. در روزهای قبل از موتورهای بنزینی و نیروی بخار برای تغذیه اولین قطارها و کشتی ها استفاده می شد (اولین کشتی که از ملخ استفاده کرد HMS بریتانیا بود که اولین سفر آن در سال 1846 انجام شد و از یک پروانه با 6 پره استفاده کرد که شبیه آسیاب بادی است.) ، اسب ها کار بسیار سخت و متنوعی را انجام می دهند. به طور منحصر به فرد ، مردم میزان تلاش یک اسب را اندازه گیری می کنند و زمان را محاسبه می کنند. آنها پس از جستجوی میانگین تعدادی آزمایش ، روی 746 J/s به عنوان میزان استاندارد کار یک اسب سالم تصمیم گرفتند. بعدها این استاندارد به عنوان "اسب بخار" شناخته شد. 746 ژول بر ثانیه به یک اسب بخار (اسب بخار). این امر هنوز هم امروز صادق است.
746 X 60 = 44،760 ژول در دقیقه ، که برابر است با: یک اسب بخار
- واحد قدرت جهانی دیگر ، که اکنون عموماً محدود به تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی است و بر اساس سیستم متریک MKS (متر-کیلوگرم-ثانیه/ثانیه) است ، "وات" است. اگر یک نیوتن نیرو مسافت یک متر را طی کند ، یک ژول کار انجام شده است. اگر نیرو برای انجام یک ژول این کار یک ثانیه طول بکشد ، مصرف برق یک وات است. بنابراین یک وات یک ژول در ثانیه است.
مرحله 2. صنعت مورد نیاز را در این زمان در نظر بگیرید
در بیشتر موارد در صنعت ، ما با ماشینهای چرخشی کار می کنیم و نه ماشینهای با حرکت مستقیم مانند اسب شخم با هارو در 160،000 متر مربع زمین. بنابراین ، ما باید بتوانیم قدرت خروجی چیزهایی مانند موتورهای الکتریکی ، موتورهای بخار ، توربین ها ، دیزل ها و غیره را تعیین کنیم و بنابراین ، با موضوع گشتاور آشنا می شویم.
- گشتاور اندازه گیری گرایش به تغییر جهت یا چرخاندن چیزی یا حرکت چرخشی به یک جسم در برخی محورها است. اگر دسته یک اهرم پنج متری را با نیروی 20 نیوتن فشار دهید ، گشتاور 5 X 20 = نیوتن متر را اعمال می کنید.
- اکنون ، مشکل اینجاست و می تواند منجر به سردرگمی شود. برای محاسبه کار خطی روی خط مستقیم ، نیرو را در جابجایی ضرب می کنید. باز هم ، شما نیرو را در واحدهای مشابه جابجایی ضرب می کنید ، اما در این حالت جابجایی "بازوی اهرم" است و حتی اگر گشتاور تولید می کنید ، مگر اینکه چیزی در حال چرخش باشد ، هیچ حرکتی و در نتیجه هیچ کاری وجود ندارد.
- کار و گشتاور ، اگرچه به نظر می رسد در یک واحد اندازه گیری می شوند ، اما در واقع بسیار متفاوت هستند. هیچ کاری قبل از ایجاد گشتاور در چرخش واقعی انجام نمی شود و بنابراین ، از نیرویی استفاده نمی شود.
- کار با ژول (J) اندازه گیری می شود در حالی که گشتاور در نیوتن اندازه گیری می شود. متر (Nm) برای تمایز بین این دو.
مرحله 3. در صورت وجود حرکت یا "جابجایی" چرخشی ، کار را اندازه گیری کنید
فرض کنید یک اهرم محکم در نقطه محکم خود قفل شده است که به یک محور ختم می شود و دست شما با اعمال 20 نیوتن مثل قبل ، مسافت دو متر را در امتداد دایره ای که با اهرم پنج متری نشان داده شده است طی می کند ، سپس کار انجام می شود ، مانند در مورد یک خط مستقیم در بالا ، برابر با بار جابجایی نیرو یا 20 X 2 = 40 نیوتن متر. فرض کنید شما همزمان این عدد را بر اهرم 5 متری یا "بازوی اهرمی" ضرب و تقسیم می کنید. بدیهی است ، این نتیجه را تغییر نمی دهد ، بنابراین می توانید بنویسید:
- کار = 5 X 20 X 2/5 و نتیجه 40 ژول مانند قبل است ، اما آیا 5 X 20 بالاتر از آن است؟ شما تازه دیدید که گشتاور دارد.
- "2/5" چیست؟ جابجایی خطی 2 متر تقسیم بر بازوی اهرم ، به شما می گوید که محور را در واحدهای زاویه ای به نام رادیان چقدر دور کرده اید. رادیان ، که به طور جهانی در فیزیک و مهندسی مکانیک استفاده می شود ، به عنوان زاویه بین دو شعاع یک دایره تعریف می شود به طوری که نقاط روی محیط دایره ای که دو شعاع در آن تلاقی می کنند ، با طول شعاع های دایره از هم جدا می شوند. این محاسبه بسیار نزدیک به 57 درجه است یا همچنین زاویه ای در مرکز دایره بوسیله قوسی که برابر شعاع دایره در محیط دایره است تشکیل شده است.
-
بنابراین می توانید بگویید که کار انجام شده توسط گشتاور تولید کننده رادیان های جابجایی چرخشی (تتا) برابر گشتاور (L) است
- بار جابجایی چرخشی یا
- کار = L X theta در ژول
مرحله 4 توجه داشته باشید که شما بیشتر به میزان اسب بخار در چرخش موتور و موتور علاقه مند هستید ، یعنی فاصله زمانی انجام کارهای چرخشی:
- قدرت چرخش = گشتاور X جابجایی زاویه ای (رادیان)/زمان (ثانیه)
-
در فیزیک ، سرعت زاویه ای با رادیان بر ثانیه نوشته می شود ، اما هر موتور یا هواپیما یا موتور کشتی که می بینید همیشه با r.p.m (دور در دقیقه) اندازه گیری می شود ، بنابراین ما باید آن را تغییر دهیم.
- یک دور در دقیقه (دور در دقیقه) = 60 دور در ثانیه = 60 دور در ثانیه ، اما یک دور در ثانیه = 2 رادیان پی پی در ثانیه
- بنابراین قدرت ژول در ثانیه یک دستگاه دوار ، تولید گشتاور ، L ، و چرخش با سرعت S rpm ، برابر است
- قدرت = S/60 X (2 pi) X L در J/s و همانطور که قبلاً نوشته شده است ، برای تبدیل آن به اسب بخار ، باید بر 746 یا
- اسب بخار = (2 pi)/44.760 X L X S که در آن L گشتاور اندازه گیری شده در متر نیوتن (معمولاً با ترمز Prony) و S سرعت چرخش در r.p.m است که با شمارنده ، استروبوسکوپ ، لیزر و غیره قابل اندازه گیری است. به این ترتیب ، منحنی های عملکرد موتورهای خودرو و موتورسیکلت را می توان در قالب نمودار گشتاور در مقابل r.p.m. و قدرت (hp) در مقابل دور موتور در r.p.m. و تکنسین های خودرو می توانند عملکرد بهینه آن را از این نمودارها مشاهده کنند.
