Hvordan man beregner effekt i hestekræfter eller watt, hvad disse udtryk betyder, og hvorfor disse udtryk er vigtige.
Trin
Trin 1. Gennemgå det grundlæggende
Ordet magt er defineret som tidsintervallet for at udføre arbejde. I mellemtiden er arbejde et gammelt udtryk for at måle, hvor effektiv en påført kraft er ved at flytte et inert objekt eller stå over for en forhindring eller anden forhindring og dække en afstand.
- Pointen her er, at for at udføre "arbejde" skal en kraft rejse en afstand. For eksempel, hvis en propel med en kraft på 300 N flytter et skib i vand 80 m, så er det udførte arbejde FORCE x DISTANCE = 300 x 80 = 24.000 "Nm/Joule" --- så det kan siges, at propellen propellen har udført 24.000 Joule arbejde.
- Overvej den tid, det vil tage at flytte skibet den afstand. Antag, at skibet kører denne afstand med en hastighed på 20 m i sekundet (m/s). For at tilbagelægge en afstand på 80 m tager skibet 80/20 = 4 sekunder. Så skibets propel udfører 24.000 Joule arbejde på 4 sekunder, så strøm påføres med en hastighed på 24.000/4 = 6.000 Joule pr. Sekund (J/s).
-
Forstå den historiske baggrund for timingen. Tilbage i dagene før benzinmotorer og dampkraft blev brugt til at drive de første tog og skibe (det første skib, der brugte en propel, var HMS Storbritannien, hvis første rejse fandt sted i 1846 og brugte en propel med 6 blade, der ligner en vindmølle), gør hestene et meget anstrengende og varieret stykke arbejde. Unikt måler folk, hvor meget en hest kan gøre, og beregner tiden. Efter at have søgt efter gennemsnittet af en række forsøg, besluttede de 746 J/s som standardhastighed for en sund hest. Senere blev denne standard kendt som "hestekræfter". 746 Joule i sekundet til en hestekræfter (hk). Dette er stadig sandt i dag.
746 X 60 = 44.760 Joule i minuttet, hvilket er lig med: et hk
- En anden universel effektenhed, der nu generelt er begrænset til elektronisk og elektrisk udstyr og baseret på MKS (meter-kilogram-sekund/sekund) metrisk system, er "watt". Hvis en kraft i Newton tilbagelægger en afstand på en meter, er der udført en joule arbejde; hvis kraften tager et sekund at udføre en joule af dette arbejde, så er strømforbruget en watt. Så en watt er en joule i sekundet.
Trin 2. Overvej industrien i nød på dette tidspunkt
I de fleste tilfælde i industrien arbejder vi med roterende maskiner og ikke maskiner med lige bevægelse som en hest, der pløjer med en harve på 160.000 m² jord. Så vi burde være i stand til at bestemme udgangseffekten af ting som elektriske motorer, dampmaskiner, turbiner, diesler osv., Og dermed lærer vi emnet drejningsmoment at kende.
- Moment er en måling af tendensen til at ændre retning eller rotere noget eller give roterende bevægelse til et objekt på nogle akser. Hvis du trykker på håndtaget på et fem meter håndtag med en kraft på 20 Newton, anvender du et drejningsmoment på 5 X 20 = Newton-meter.
- Nu er det her vanskeligheden og kan føre til forvirring. For at beregne lineært arbejde på en lige linje multiplicerer du kraften med forskydningen. Igen multiplicerer du kraften i de samme enheder som forskydningen, men i dette tilfælde er forskydningen "løftearmen", og selvom du producerer drejningsmoment, medmindre noget roterer, er der ingen bevægelse og dermed intet arbejde.
- Arbejde og drejningsmoment, selvom de tilsyneladende måles i den samme enhed, er faktisk meget forskellige. Intet arbejde udføres, før drejningsmomentet producerer faktisk rotation, og der bruges derfor ingen strøm.
- Arbejdet måles i Joule (J), mens drejningsmoment måles i Newton.meters (Nm) for at skelne mellem de to.
Trin 3. Mål arbejdet, hvis der er bevægelse eller roterende "forskydning"
Antag, at en håndtag er låst fast ved dens omdrejningspunkt, som ender i en aksel, og din hånd, der anvender 20 N kraft som før, bevæger sig en afstand på to meter langs cirklen repræsenteret af fem meter håndtaget, derefter arbejdes der som i i tilfælde af en lige linje over. ovenover, lig med kraft gange forskydning eller 20 X 2 = 40 Newton meter. Antag, at du samtidig multiplicerer og deler dette tal med den 5 meter lange håndtag eller "håndtag". Dette ændrer naturligvis ikke resultatet, så du kan skrive:
- Arbejd = 5 X 20 X 2/5, og resultatet er 40 Joule som før, men er 5 X 20 over det? Du har lige set, at det er moment.
- Hvad er "2/5"? Den lineære forskydning på 2 meter divideret med håndtaget, fortæller dig, hvor langt du drejede akslen i vinkel enheder kaldet radianer. En radian, der bruges universelt inden for fysik og maskinteknik, er defineret som vinklen mellem to radier i en cirkel, således at punkterne på omkredsen af en cirkel, hvor de to radier skærer hinanden, adskilles af længden af cirkelens radier. Denne beregning er meget tæt på 57 grader eller er også den vinkel, der dannes i midten af cirklen af en bue, der er lig med radius af cirklen ved cirkelens omkreds.
-
Så du kan sige, at arbejdet udført af et drejningsmoment, der producerer en rotationsforskydning (theta) radianer, er lig med drejningsmomentet (L)
- gange rotationsforskydningen eller
- arbejde = L X theta i joule
Trin 4. Bemærk, at du er meget mere interesseret i mængden af hestekræfter i motorens og motorens rotation, dvs. tidsintervallet for at udføre rotationsarbejdet:
- rotationseffekt = drejningsmoment X vinkelforskydning (radianer)/tid (sekunder)
-
I fysikken skrives vinkelhastigheden i radianer pr. Sekund, men enhver motor eller fly eller skibsmotor, du ser, måles altid i omdrejninger pr. Minut (omdrejninger pr. Minut), så det skal vi ændre.
- En omdrejning pr. Minut (rpm) = 60 omdrejninger/sekund = 60 omdrejninger, men en omdrejning pr. Sekund = 2 X pi radianer pr. Sekund
- Så effekten i Joule pr. Sekund af et roterende apparat, der producerer et drejningsmoment, L og roterer med en hastighed S rpm, er
- Effekt = S/60 X (2 pi) X L i J/s, og som tidligere skrevet for at konvertere det til hestekræfter skal du dividere med 746 eller
- Motorhestekræfter = (2 pi) /44.760 X L X S hvor L er drejningsmomentet målt i Newtonmeter (normalt med en Prony -bremse) og S er rotationshastigheden i o/min, som kan måles med en tæller, stroboskop, laser osv. På denne måde kan bilens og motorcykelmotors ydelseskurver afbildes i form af en graf over drejningsmoment versus r.p.m. og effekt (hk) kontra motoromdrejningstal i omdrejningstal og bilteknikere kan se dens optimale ydeevne fra disse diagrammer.
