Як обчислити потужність
Як розрахувати потужність в кінських силах або ватах, що вони характеризують і чому мають значення.
Кроки
1
Основи. Слово "потужність" визначається як робота, виконана за певний час. Робота, в свою чергу, є історичним терміном, що характеризує ефективність прикладеної сили (для пересування тіла або для подолання інших перешкод або опору) на певній відстані.- Важливо тут те, що для «роботи» сила повинна діяти на певній відстані. Наприклад, якщо гвинт пересуває човен по воді з силою в 300 Н на відстань 80 м, то робота дорівнює сила х відстань = 300 X 80 = 24000 Дж (Н * м), тобто можна сказати, що гвинт зробив 24000 Дж роботи.
- Розглянемо час, потрібний, щоб перемістити човен на певну відстань. Припустимо, судно переміщається зі швидкістю 20 м / с. Для проходження 80 м треба було б 80/20 = 4 секунди. Отже, гвинт човна зробив 24000 Дж роботи за 4 секунди, тому потужність дорівнює: 24000/4 = 6000 Вт (Дж / с).
- Історична довідка. До двигунів внутрішнього згоряння та енергії пара, яка приводила в рух найперші потяги і кораблі (перший гвинт був встановлений на корабель HMS Britain, який перший раз вийшов у море в 1846 році-на ньому стояв один шестилопатеві гвинт, який виглядав як вітряк) , величезна кількість різноманітних завдань виконувалося кіньми. Тому люди вирахували обсяг роботи, яку може виконати один кінь за певний час. Після усереднення значень, отриманих в ряді випробувань, вони зупинилися на цифрі 550 фунтів-фут в секунду як стандартному значенні роботи, що виконується здорової конем. Потім ця величина стала називатися "кінська сила".
- У Росії під кінською силою мають на увазі метричну кінську силу, рівну приблизно 735,5 ватам.
- Інший повсюдно використовуваної одиницею потужності є "Ватт" (Міжнародна система одиниць СІ). Якщо сила в один Ньютон переміщує тіло на відстань одного метра, то робота дорівнює одному Джоуль, а якщо на цю роботу потрібно одна секунда, то потужність дорівнює одному ват. Тому Ватт дорівнює одному джоулю в секунду.
2
Розглянемо сьогоднішні потреби промисловості. У переважній більшості випадків у промисловості ми маємо справу з обертовими механізмами, а не прямолінійним рухом. Так що ми повинні знати, як обчислювати потужність електродвигунів, парових машин, турбін, дизелів і т.д., і тому нам необхідно розглянути крутний момент, чи правильніше момент сили.- Момент сили характеризує силу, що прагне повернути або закриття щось, тобто надати обертальний рух тіла відносно деякої осі. Якщо ви крутите рукоятку довжиною 50 см (0,5 м) з силою 200 Н, то момент сили 0,5 x 200 = 100 Н * м.
- Чи не заплутайтеся. Для того щоб обчислити роботу при прямолінійній переміщенні, ви примножуєте силу на переміщення. І тут ви примножуєте силу на переміщення, але в цьому випадку переміщення одно "важелю", тобто віддалі від осі до точки прикладання сили.
- Робота і момент сили - різні поняття. До тих пір, поки момент сили не здійснює обертального руху, не робиться ніякої роботи, і ніяка потужність не споживається.
3
Виміряйте роботу при обертальному русі. Припустимо, важіль довжиною 50 см жорстко закріплений на осі обертання, ви докладаєте до нього силу в 200 Н, при цьому важіль повертається на 20 см по колу. Робота в цьому випадку дорівнює добутку сили і переміщення, тобто 0,2 х 200 = 40 Н * м. Припустимо, що ви одночасно примножуєте і ділите цю цифру на 0,5 м - довжину важеля. Очевидно, що це не змінить результат, так що можете написати:- Робота = 0,5 • 200 X 0,2 / 0,5 і ще раз отримаєте відповідь: 40 Н * м. Але що значить твір 0,5 * 200? Це і є момент сили.
- Що таке "0,2 / 0,5"? 20 см переміщення по колу, поділені на довжину важеля (по суті - на радіус кола) дає Вам величину кута повороту в радіанах. Радіан визначається як кут між двома радіусами кола в ситуації, коли довжина дуги між двома радіусами дорівнює радіусу кола. 1 рад = 57 градусам (приблизно).
- Таким чином, робота, здійснена моментом сили при обертальному переміщенні (тета, в радіанах), дорівнює добутку крутного моменту (М) на величину обертального переміщення (в радіанах):
- Робота = М * тета (в радіанах)
4
Зверніть увагу, що потужність розраховується за певний час, тому:- Потужність = момент сили * (кут / час)
- кут / час є кутова швидкість (в рад / с)
- У фізиці кутова швидкість вимірюється в радіанах в секунду, але це значення для двигуна літака або судна завжди наводиться в оборотах на хвилину і тому нам доведеться конвертувати ці величини.
- Один оборот в хвилину (rpm) = 60 оборотів в секунду (rps), а один оборот в секунду = 2 * ПІ радіан в секунду
- Якщо М - момент сили (крутний момент), n - кількість обертів на хвилину, то потужність у Ватах дорівнює:
- Потужність = М * (2 * ПІ / 60) * n
- Для того щоб отримати це значення в кінських силах, вам потрібно розділити його на 735,5.
