Мощность по своей сути является скоростью выполнения работы. Чем больше мощность совершаемой работы, тем больше работы выполняется за единицу времени.
Среднее значение мощности — это работа, выполненная за единицу времени.
Величина мощности прямо пропорциональна величине совершённой работы (A) и обратно пропорциональна времени (t), за которое работа была совершена.
Мощность (N) определяют по формуле:
Единицей измерения мощности в системе (СИ) является (Ватт) (русское обозначение — (Вт), международное — (W)).
Для определения мощности двигателя автомобилей и других транспортных средств используют исторически более древнюю единицу измерения — лошадиная сила (л.с.), 1 л.с. = 736 Вт.
Пример:
Мощность двигателя автомобиля равна примерно (90 л.с. = 66240 Вт).
Мощность автомобиля или другого транспортного средства можно рассчитать, если известна сила тяги автомобиля (F) и скорость его движения (v).
N=F⋅v
Эту формулу получают, преобразуя основную формулу определения мощности.
Ни одно устройство не способно использовать (100) % от начально подведённой к нему энергии на совершение полезной работы. Поэтому важной характеристикой любого устройства является не только мощность, но и коэффициент полезного действия, который показывает, насколько эффективно используется энергия, подведённая к устройству.
Пример:
Для того чтобы автомобиль двигался, должны вращаться колёса. А для того чтобы вращались колёса, двигатель должен приводить в движение кривошипно-шатунный механизм (механизм, который возвратно-поступательное движение поршня двигателя преобразует во вращательное движение колёс). При этом приводятся во вращение шестерни и большая часть энергии выделяется в виде тепла в окружающее пространство, в результате чего происходит потеря подводимой энергии. Коэффициент полезного действия двигателя автомобиля находится в пределах (40 — 45) %. Таким образом, получается, что только около (40) % от всего бензина, которым заправляют автомобиль, идёт на совершение необходимой нам полезной работы — перемещение автомобиля.
Если мы заправим в бак автомобиля (20) литров бензина, тогда только (8) литров будут расходоваться на перемещение автомобиля, а (12) литров сгорят без совершения полезной работы.
Коэффициент полезного действия обозначается буквой греческого алфавита («эта»)
η
, он является отношением полезной мощности (N) к полной или общей мощности
Nполная
.
Для его определения используют формулу:
η=NNполная
. Поскольку по определению коэффициент полезного действия является отношением мощностей, единицы измерения он не имеет.
Часто его выражают в процентах. Если коэффициент полезного действия выражают в процентах, тогда используют формулу:
η=NNполная⋅100%
.
Так как мощность является работой, проделанной за единицу времени, тогда коэффициент полезного действия можно выразить как отношение полезной проделанной работы (A) к общей или полной проделанной работе
Aполная
. В этом случае формула для определения коэффициента полезного действия будет выглядеть так:
Коэффициент полезного действия всегда меньше (1), или (100) % (
η
< 1, или
η
< (100) %).
Содержание:
Мощность:
Одинаковую работу можно совершить за разные промежутки времени. Например, можно поднять груз за минуту, а можно поднимать этот же груз в течение часа.
Физическую величину, равную отношению совершенной работы 
Единицей мощности в SI является джоуль в секунду (Дж/с), или ватт (Вт), названный так в честь английского изобретателя Дж. Уатта. Один ватт — это такая мощность, при которой работу в 1 Дж совершают за 1 с. Итак, 
Человек может развивать мощность в сотни ватт. Чтобы оценить, насколько могущество человеческого разума, создавшего двигатели, больше «могущества» человеческих мускулов, приведем такие сравнения:
- мощность легкового автомобиля примерно в тысячу раз больше средней мощности человека;
- мощность авиалайнера примерно в тысячу раз больше мощности автомобиля;
- мощность космического корабля примерно в тысячу раз больше мощности самолета.
Мощность
Механическая работа всегда связана с движением тел. А движение происходит во времени. Поэтому и выполнение работы, как и превращение механической энергии, всегда происходит на протяжении определенного времени.
Работа выполняемая на протяжении определенного времени:
Простейшие наблюдения показывают, что время выполнения работы может быть разным. Так, школьник может подняться по лестнице на пятый этаж за 1-2 мин, а пожилой человек — не меньше чем за 5 мин. Грузовой автомобиль КрАЗ может перевезти определенный груз на расстояние 50 км за 1 ч. Но если этот груз частями начнет перевозить легковой автомобиль с прицепом, то потратит на это не меньше 12 ч.
Для описания процесса выполнения работы, учитывая его скорость, используют физическую величину, которая называется мощностью.
Что такое мощность
Мощность — это физическая величина, которая показывает скорость выполнения работы и равна отношению работы ко времени, за которое эта работа выполняется.
Так как при выполнении работы происходит превращение энергии, то можно считать, что мощность характеризует скорость превращения энергии.
Как рассчитать мощность
Для расчета мощности нужно значение работы разделить на время, за которое эта работа была выполнена:
Если мощность обозначить латинской буквой 
, то формула для расчета мощности будет такой
Единицы мощности
Для измерения мощности используется единица ватт (Вт). При мощности 1 Вт работа 1 Дж выполняется за 1 с:
Единица мощности названа в честь английского механика Джеймса Уатта, который внес значительный вклад в теорию и практику построения тепловых двигателей.
Джеймс Уатт (1736-1819) — английский физик и изобретатель.
Главная заслуга Уатта в том, что он отделил водяной конденсатор от нагревателя и сконструировал насос для охлаждения конденсатора. Фактически он увеличил разность температур между нагревателем и конденсатором (холодильником), благодаря чему увеличил экономичность паровой машины. Позже теоретически это обоснует Сади Карно.
Он один из первых высказал предположение, что вода — это сложное вещество, состоящее из водорода и кислорода.
Как и для других физических величин, для единицы мощности существуют производные единицы:
Пример №1
Определить мощность подъемного крана, если работу 9 МДж он выполняет за 5 мин.
Дано:
Решение
По определению 
поэтому
Ответ. Мощность крана 30 кВт.
Пример №2
Человек массой 60 кг поднимается на пятый этаж дома за 1 мин. Высота пяти этажей дома равна 16 м. Какую мощность развивает человек?
Дано:
Решение
По определению 
Работа определяется 
Тогда 
Ответ. Человек развивает мощность 160 Вт.
Зная мощность и время, можно рассчитать работу:
Скорость движения зависит от мощности
Мощность связана со скоростью соотношением:
где 
— сила, которая выполняет работу; 
— скорость движения.
Если известны мощность двигателя и значения сил сопротивления, то можно рассчитать возможную скорость автомобиля или другой машины, которая выполняет работу:
Таким образом, из двух автомобилей при равных силах сопротивления большую скорость будет иметь тот, у которого мощность двигателя больше.
Каждый конструктор знает, что для увеличения скорости движения автомобиля, самолета или морского корабля нужно или увеличивать мощность двигателя, или уменьшать силы сопротивления. Поскольку увеличение мощности связано с увеличением потребления топлива, то средствам современного транспорта, как правило, придают специфическую обтекаемую форму, при которой сопротивление воздуха будет наименьшим, а все подвижные части изготавливают так, чтобы сила трения была минимальной.
Итоги:
- Существуют два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.
- Если тело перемещается или деформируется под действием силы, то выполняется механическая работа.
- Простыми механизмами являются рычаги и блоки.
- Ни один простой механизм не дает выигрыша в работе.
- Качество механизма определяется коэффициентом полезного действия, который определяет часть полезной работы в общей выполненной работе.
- Тело, при перемещении которого может быть выполнена работа, обладает энергией.
- Взаимодействующие тела обладают потенциальной энергией.
- Движущееся тело обладает кинетической энергией, которая зависит от скорости и массы тела.
- Потенциальная и кинетическая энергии могут превращаться друг в друга. Такие превращения происходят в равной мере, если отсутствуют силы трения.
- Сумму кинетической и потенциальной энергий называют полной механической энергией системы.
- В замкнутой системе при отсутствии сил трения сумма кинетической и потенциальной энергий остается постоянной.
- Закон сохранения и превращения энергии подтверждает невозможность существования вечного двигателя (perpetuum mobile).
- Мощность характеризует скорость превращения одного вида энергии в другой.
Механическая работа и мощность
С помощью импульса невозможно описать все случаи взаимодействия. Поэтому в физике применяют еще и понятие механической работы.
В механике работа зависит от значения и направления силы, а также перемещения точки ее приложения. Из курса физики 8 класса вам известно, что
A = Fs,
где F — значение силы, действующей на тело; s — модуль перемещения тела.
Если сила F постоянна, а перемещение 
прямолинейное (рис. 2.65), то работа 
где s = 
— угол между направлением действия силы и перемещения.
Робота является величиной скалярной. Произведение 
— проекция действующей силы на направление перемещения.
Легко заметить, что если 
< 90°, то работа силы положительная, при 
= 90° (сила перпендикулярна к перемещению) работа равна нулю, а при 
— отрицательная.
Пример №3
Девочка тянет санки равномерно, прикладывая к веревке силу 50 Н. Веревка натягивается под углом 30° к горизонту (рис. 2.66). Какую работу выполнит девочка, переместив санки на 20 м?
Дано:
F = 50 Н,
s = 20 м, 
= 30°.
А-?
Решение
По определению 
Соответственно 
Ответ: А = 870 Дж (работа силы положительная, поскольку cos 30° > 0).
- Заказать решение задач по физике
Пример №4
Решим предыдущую задачу для случая, когда девочка удерживает санки, съехавшие с горки (рис. 2.67). В данном случае 
= 150°.
Дано:
F = 50 Н, s = 20 м,
= 150°.
А — ?
Решение
А = Fscosa;
А = 50 Н • 20 м • (-0,87) 
-870 Дж.
Ответ: А = -870 Дж (работа силы отрицательная, поскольку cos 150° < 0).
Таким образом, в зависимости от направления действия силы по отношению к перемещению работа может иметь положительные и отрицательные значения.
Например, работа, которую выполняет двигатель автомобиля, будет положительной, поскольку направление силы тяги автомобиля совпадает с направлением его движения. Положительной будет и работа человека, поднимающего какой-либо груз с земли на определенную высоту. Силы трения, действующие на автомобиль, выполняют отрицательную работу, поскольку направлены в противоположном направлении к перемещению.
Возможны случаи, когда работа равна нулю, хотя перемещение тела происходит. Например, если 
= 90°, то работа силы равна нулю, поскольку cos90° = 0. Сила тяжести, действующая на спутник Земли, который движется по круговой орбите, работы не выполняет.
Мощность — это физическая величина, характеризующая скорость совершения работы. Поскольку во время выполнения работы происходит превращение энергии, можно сделать вывод, что мощность показывает скорость превращения одного вида энергии в другой.
В механике мощность обозначают буквой N и рассчитывают по формуле
N= — =—,
t t
где 
— изменение энергии; А — работа; t — время.
Если известны мощность и время, за которое совершена работа, то можно рассчитать и саму работу:
A = Nt.
Основная единица измерения мощности — ватт (Вт):
Всё о мощности
Одна и та же работа в разных случаях может быть выполнена за различные промежутки времени, т. е. она может совершаться неодинаково быстро. Например, при подъеме груза на определенную высоту подъемным краном (рис. 148) будет затрачено гораздо меньше времени, чем при использовании лебедки.
Для характеристики процесса выполнения работы важно знать не только ее численное значение, но и время, за которое она выполняется. Очевидно, что чем меньшее время требуется для выполнения данной работы, тем эффективнее работает машина, механизм и др.
Величина, характеризующая быстроту совершения работы, называется мощностью. Ее обычно обозначают буквой Р.
Если в течение промежутка времени Δt была совершена работа А, то средняя мощность равна отношению работы к этому промежутку времени:
Из определения видно, что мощность численно равна работе, совершаемой в единицу времени. Таким образом, единицей мощности является джоуль в секунду 
. Эта единица получила название ватт (Вт): 1 Вт = 1 
. Это название дано в честь английского ученого Джеймса Уатта — изобретателя универсального парового двигателя. Уаттом была впервые введена единица мощности, которая и до сих пор используется для характеристики мощности различных двигателей — 1 лошадиная сила (1 л. с. = 736 Вт).
Понятно, что во времена Уатта на заре технической революции мощность построенной паровой машины было естественно сравнить с мощностью лошади — единственным в то время «двигателем».
Может ли человек развивать мощность, равную 1 л. с.? Ответ на этот вопрос положительный. Рассмотрим разбег спортсмена на короткие дистанции. Хорошие спортсмены дистанцию в 100 м пробегают за 10 с, т. е. их средняя скорость 10 
. Разбег длится 3 с, а работа A, которую совершают мышцы спортсмена, не может быть меньше, чем кинетическая энергия 
, приобретенная им за время разбега. Следовательно, средняя мощность не меньше, чем
Если предположить, что масса спортсмена т = 80 кг, то
Разумеется, развивать такую мощность длительное время не сможет даже очень тренированный человек.Если известна мощность, то работа выражается равенством:
A = P∆t. (2)
Это позволяет ввести еще одну единицу работы (а значит, и энергии) следующим путем. За единицу работы можно принять работу, которая совершается некоторой силой в течение 1 с при мощности в 1 Вт. Она называется ватт-секундой. Понятно, что 1 Вт.c = 1 Дж. Часто используются более крупные внесистемные единицы работы и энергии: киловатт-час (кВт.ч) и мегаватт-час (МВт . ч):
1 кВт .ч= 1000кВт.3600 с = 3,6∙ 106 Дж;
1 МВт.ч= 1000кВт.3600 с = 3,6∙ 109 Дж.
При движении любого тела на него в общем случае действует несколько сил. Каждая сила совершает работу, и, следовательно, для каждой силы мы можем вычислить мощность.
Наиболее общее выражение для работы постоянной силы, направленной под углом 
к направлению движения. А = F∆rcos. Поэтому средняя мощность этой силы:
(3)
так как 
— модуль средней скорости тела.
Ясно, что если модуль силы в некоторой момент времени равен F и модуль мгновенной скорости υ, а угол между ними 
, то мгновенное значение мощности этой силы:
P = Fυcos. (4)
Как следует из формулы (4), при заданной мощности мотора сила тяги тем меньше, чем больше скорость движения автомобиля. Вот почему водители при подъеме в гору, когда нужна наибольшая сила тяги, переключают двигатель на пониженную передачу. Для движения по горизонтальному участку с постоянной скоростью достаточно, чтобы сила тяги преодолевала силу сопротивления движению. Формула (4) позволяет объяснить, что быстроходные поезда, автомобили, корабли, самолеты нуждаются в двигателях большой мощности и конструкции, обеспечивающей как можно меньшую силу сопротивления.
Любой двигатель или механическое устройство предназначены для выполнения определенной механической работы. Эта работа называется полезной работой. Для двигателя автомобиля — это работа по его перемещению, для токарного станка — работа по вытачиванию детали и т. п.
В любой машине, в любом двигателе полезная работа всегда меньше той энергии, которая затрачивается для приведения их в действие, потому что всегда существуют силы трения, работа которых приводит к нагреванию каких-либо частей устройства. А нагревание нельзя считать полезным результатом действия машины.
Поэтому каждое устройство характеризуется особой величиной, которая показывает, насколько эффективно используется подводимая к нему энергия. Эта величина называется коэффициентом полезного действия (КПД) и обычно обозначается греческой буквой η (эта).
Коэффициентом полезного действия называется отношение полезной )аботы, совершенной машиной за некоторый промежуток времени, ко всей утраченной работе (подведенной энергии) за тот же промежуток времени:
(5)
Коэффициент полезного действия обычно выражается в процентах, поскольку и полезную, и затраченную работы можно представить как произведение мощности на промежуток времени, в течение которого работала машина, то коэффициент полезного действия можно определить следующим образом:
где Pn и Р3 — полезная мощность и затраченная мощность соответственно.
Главные выводы:
- Мощность численно равна работе, которую совершает сила в единицу времени.
- Мощность силы равна произведению силы на скорость тела и косинус угла между направлением силы и скорости в данный момент времени.
- Коэффициентом полезного действия называется отношение полезной работы, совершенной машиной за некоторый промежуток времени, ко всей затраченной работе (подведенной энергии) за тот же промежуток времени.
- Взаимодействие тел
- Механическая энергия и работа
- Золотое правило механики
- Потенциальная энергия
- Криволинейное движение
- Ускорение точки при ее движении по окружности
- Инерциальные системы отсчета
- Энергия в физике
Мощность
- Определение мощности
- Единицы измерения мощности
- Связь мощности со скоростью при равномерном прямолинейном движении
- Задачи
п.1. Определение мощности
При оценке эффективности работы обычно важна скорость её выполнения.
Например, лошадь и трактор вспашут одно и то же поле – совершат одну и ту же работу — за разное время; трактор справится в десятки раз быстрее лошади.
Мощность – это отношение совершенной работы к промежутку времени, за который она была совершена: $$ N=frac At $$
п.2. Единицы измерения мощности
В системе СИ (см. §2 данного справочника) работа измеряется в джоулях, время – в секундах. А для измерения мощности используется «ватт».
Единицей работы в системе СИ является ватт (1 Вт) – мощность, при которой за 1 секунду совершается работа равная 1 Дж: $$ 1 text{Вт}=frac{1 text{Дж}}{1 text{с}} $$
Для измерения мощности также используется множество внесистемных единиц, например: 1 ккал/ч – 1 килокалория в час (1 калория = 4,184 джоуля), 1 л.с. – 1 лошадиная сила (735,5 Вт), 1 эрг/с – 1 эрг в секунду (10-7 Вт) и др.
п.3. Связь мощности со скоростью при равномерном прямолинейном движении
При равномерном прямолинейном движении перемещение равно $$ s=vt $$
Если перемещение происходит в направлении действия силы, работа этой силы $$ A=Fs=Fcdot vt $$
Соответствующая мощность $$ N=frac At=frac{Fcdot vt}{t}=Fv $$
Мощность при прямолинейном равномерном движении равна произведению силы тяги на скорость движения: $$ N=Fv $$
Эта формула дает возможность определить силу тяги при известной мощности двигателя и скорости движения.
Например, трактор с двигателем мощность 60 кВт двигается по шоссе со скоростью 20 м/с, а при работе в поле – со скоростью 6 м/с.
При движении по шоссе сила тяги двигателя $$ F_1=frac Nv=frac{60cdot 10^3}{20}=3cdot 10^3 (text{Н})=3 (text{кН}) $$
При работе в поле сила тяги двигателя $$ F_2=frac Nv=frac{60cdot 10^3}{6}=10cdot 10^3 (text{Н})=10 (text{кН}) $$
Это можно объяснить так: поскольку при равномерном движении сила тяги уравновешивает силу сопротивления движению, чем больше сила сопротивления, тем медленней будет двигаться машина с данной мощностью двигателя.
п.4. Задачи
Задача 1. Какую среднюю мощность развивает человек, поднимая ведро с водой массой 12 кг из колодца глубиной 20 м за 15 с?
Дано:
(m=12 text{кг})
(h=20 text{м})
(t=15 text{с})
(gapprox 10 text{м/с}^2)
__________________
(N-?)
Сила, которую прикладывает человек, уравновешивает силу тяжести, действующую на ведро, и направлена вверх. Работа этой силы begin{gather*} A=Fh=mgh. end{gather*} Мощность за данное время begin{gather*} N=frac At=frac{mgh}{t} end{gather*} Получаем begin{gather*} N=frac{12cdot 10cdot 20}{15}=160 (text{Вт}) end{gather*} Ответ: 160 Вт
Задача 2. Штангист поднимает штангу массой 200 кг на высоту 2 м за 0,4 с. Какую среднюю мощность при этом развивает спортсмен? Во сколько раз эта мощность превышает мощность подъема ведра из колодца в задаче 1?
Дано:
(m=12 text{кг})
(h=20 text{м})
(t=15 text{с})
(gapprox 10 text{м/с}^2)
__________________
(N-?)
Аналогично с задачей 1, получаем begin{gather*} N=frac{mgh}{t}\[6pt] N=frac{200cdot 10cdot 2}{0,4}=100000 (text{Вт})=100 (text{кВт}) end{gather*} По сравнению с мощностью подъема ведра из колодца $$ frac{100000}{160}=625 (text{раз}) $$ Мощность штангиста больше в 625 раз.
Ответ: 100 кВт; в 625 раз больше
Задача 3. Сила тяги тепловоза равна 72 кН. Мощность двигателей 3 МВт. Сколько времени понадобится поезду, чтобы при равномерном движении преодолеть путь в 15 км? Ответ выразите в минутах.
Дано:
(F=72 text{кН}=72cdot 10^3 text{Н})
(N=3 text{МВт}=3cdot 10^6 text{Вт})
(s=15 text{км}=15cdot 10^3 text{м})
__________________
(t-?)
Путь при равномерном движении begin{gather*} s=vt. end{gather*} Работа силы тяги begin{gather*} A=Fs=Fcdot vt=Nt end{gather*} Мощность begin{gather*} N=Fv. end{gather*} Откуда скорость движения begin{gather*} v=frac NF. end{gather*} Необходимое время begin{gather*} t=frac sv=s:frac NF=scdot frac FN end{gather*} Получаем: begin{gather*} t=15cdot 10^3cdotfrac{72cdot 10^3}{3cdot 10^6}=360 (text{с})=6 (text{мин}) end{gather*} Ответ: 6 мин
Задача 4. Высота плотины гидроэлектростанции 12 м, мощность водяного потока 3 МВт. Найдите объем воды, падающий с плотины за 1 мин.
Дано:
(h=12 text{м})
(N=3 text{МВт}=3cdot 10^6 text{Вт})
(rho=1000 text{кг/м}^3)
(t=1 text{мин}=60 text{с})
__________________
(V-?)
Вода при падении с высоты совершает работу за счет силы тяжести: begin{gather*} A=mgh end{gather*} С другой стороны (A=Nt). Получаем уравнение begin{gather*} mgh=Nt\[7pt] rho Vgh=Nt end{gather*} Объем воды, падающей за время (t) begin{gather*} V=frac{Nt}{rho gh} end{gather*} Получаем begin{gather*} V=frac{3cdot 10^6cdot 60}{10^3cdot 10cdot 12}=1500 (text{м})^3 end{gather*} Ответ: 1500 м3
Задача 5*. Автомобиль-тягач с двигателем мощностью (N_1=30 text{кВт}) при буксировке груза на прицепе развивает скорость (v_1=15 text{м/с}). Другой автомобиль с двигателем мощностью (N_2=20 text{кВт}) при тех же условиях развивает скорость (v_2=10 text{м/с}).
С какой скоростью будут двигаться автомобили при буксировке того же груза, если их соединить тросом и они будут тянуть его одновременно?
Дано:
(N_1=30 text{кВт}=3cdot 10^4 text{Вт})
(v_1=15 text{м/с})
(N_2=20 text{кВт}=2cdot 10^4 text{Вт})
(v_2=10 text{м/с})
__________________
(v-?)
При движении с постоянной скоростью мощность begin{gather*} N=Fv. end{gather*} Откуда сила тяги begin{gather*} F=frac Nv. end{gather*} При соединении автомобилей силы тяги будут складываться: begin{gather*} F=F_1+F_2=frac{N_1}{v_1}+frac{N_2}{v_2} end{gather*} Суммарная мощность $$ N=N_1+N_2=Fv. $$ Получаем begin{gather*} F=frac Nv=frac{N_1+N_2}{v}=frac{N_1}{v_1}+frac{N_2}{v_2} end{gather*} Скорость begin{gather*} v=frac{N_1+N_2}{frac{N_1}{v_1}+frac{N_2}{v_2}} end{gather*} Получаем begin{gather*} v=frac{3cdot 10^4+2cdot 10^4}{frac{3cdot 10^4}{15}+frac{2cdot 10^4}{10}}=frac{5cdot 10^4}{4cdot 10^3}=frac{50}{4}=12,5 (text{м/с}) end{gather*} Ответ: 12,5 м/с
Рейтинг пользователей
Время на прочтение
3 мин
Количество просмотров 9.6K
Немного теории.
Для начала разберемся с тем, что такое лошадиные силы и устроим небольшой экскурс в школьную физику.
1 л.с. — это мощность, затрачиваемая при вертикальном подъёме груза массой 75 кг со скоростью 1 м/с.
Как известно, мощность показывает, какую работу совершает тело в единицу времени:
Работа равна произведению силы на перемещение: A = F*S. Учитывая, что скорость V=S/t, получим:
Получаем формулу для перевода лошадиных сил в принятую в международной системе СИ единицу измерения мощности — Ватт:
Перейдем к основной части, а именно — к техническим характеристикам автомобиля.
Некоторые характеристики и расчёты будут приводиться приближенно, поскольку мы не претендуем на умопомрачительную точность расчетов, важнее понять физику и математику процесса.
m = 2 тонны = 2000 кг — масса автомобиля (масса авто 1940 кг, считаем что в ней водитель массой 60 кг и больше ничего/никого).
P = 670 л.с. (по паспорту 625 л.с., но реально мощность выше — измерено на динамометрическом стенде в ролике DSC OFF https://www.youtube.com/watch?v=ysg0Depmyjc. В этой статье мы ещё обратимся к замерам отсюда.)
Разгон 0-100 км/ч: 3.2-3.3 с (по паспорту, замерам)
Разгон 100-200 км/ч: 7.5-7.6 с (по паспорту, замерам)
Мощность двигателя генерируется на маховике, потом через сцепление передается в КПП, далее через дифференциалы, привода, карданный вал передается на колёса. В результате эти механизмы поглощают часть мощности и итоговая мощность, поставляемая к колесам, оказывается меньше на 18-28%. Именно мощность на колесах определяет динамические характеристики автомобиля.
У меня нет сомнений в гениальности инженеров БМВ, но, для начала, возьмем для удобства потери мощности 20%.
Вернемся к нашим физическим баранам. Для вычисления разгона нам нужно связать мощность со скоростью и временем разгона. Для этого воспользуемся вторым законом Ньютона:
Вооружившись этими знаниями, получим конечную формулу:
Выражая отсюда t, получим итоговую формулу для вычисления разгона:
На самом деле в паспорте автомобиля указывается максимальная мощность, достигаемая двигателем при определенном числе оборотов. Ниже приведена зависимость мощности двигателя от числа оборотов (синяя линия). Строго говоря, параметры этой кривой зависят от номера передачи, так что для определенности скажем, что график для 5й передачи.
Главное, что мы должны усвоить из этого графика — мощность автомобиля не постоянна во время движения, а увеличивается по мере роста оборотов двигателя.
Перейдем к расчету разгона от 0 до 100 км/ч. Переведем скорость в м/с:
При разгоне от 0 до 100 км/ч автомобиль практически сразу переключается с первой передачи на вторую, и при достижении около 90 км/ч переключается на третью. Будем считать, что на всём протяжении разгона автомобиль разгоняется на второй передаче, причем максимальная мощность будет меньше 670 л.с., поскольку передача ниже пятой. Возьмём в качестве начальной мощности при 0 км/ч мощность 150 л.с. (при 2000 об/мин), конечную — 600 л.с. (7000 об/мин):
Чтобы не считать сложные интегралы для вычисления средней мощности, скажем следующие слова: учитывая приближенный характер наших расчетов, проскальзывание авто при ускорении, а также сопротивление воздуха (хотя при разгоне от 0 до 100 оно играет не такую большую роль, как при разгоне до 200 км/ч), будем считать, что мощность зависит от скорости линейно, тогда средняя мощность при разгоне от 0 до 100 км/ч составляет:
Пришло время учесть потери мощности, о которых было сказано ранее, а заодно перевести мощность в кВт (1 кВт = 1000 Вт) для удобства. Потери мощности 20%, значит эффективность 80%=0.8:
Теперь подставляем всё в конечную формулу:
Получили довольно близкий к «паспортным» 3.3 с результат, ура! Специально не стал ничего дополнительно подгонять, дабы подчеркнуть приближенный характер расчёта, хотя это было довольно просто сделать, взяв, например, чуть больше мощность.
Теперь, ради интереса и проверки самих себя, вычислим разгон 100-200 км/ч.
С ростом скорости растёт трение воздуха, для движения используются более высокие передачи КПП (3-я, 4-я, 5-я), но при этом уменьшается проскальзывание колес. Так что оставим среднюю мощность 375 л.с.
Так делать конечно же нельзя! После 2-й передачи двигатель работает на «комфортных» для себя оборотах 4000-7000 об/мин, поэтому средняя мощность будет гораздо выше, поскольку выше будет начальная мощность для каждой передачи. Здесь уже не получится считать, что автомобиль едет только на 4-й передаче на всем протяжении разгона, но можно считать, что он проехал одинаковые промежутки времени на 3-й, 4-й и 5-й передаче, и пусть график зависимости мощности от числа оборотов для них одинаков, поэтому построим общую условную кривую зависимости мощности от скорости:
Опять же, считаем для простоты зависимость мощности от скорости линейной, тогда получаем среднюю и реальную мощность:
Тогда итоговое время разгона 100-200 км/ч:
![t = dfrac{m (V^2 - V_0^2)}{2P} = dfrac{2 cdot 10^3 text{ кг}cdot left[left(56 dfrac{м}{с} right)^2 - left(28 dfrac{м}{с} right)^2 right]}{2cdot 300 cdot 10^3 text{ Вт}} simeq 7.8 text{ с}](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/6d8/4d4/6ae/6d84d46ae2709c0005f27dea37f6fecc.svg)
Время разгона «по паспорту» 7.6 с. И снова мы оказались близко к истине!
P.S. не хочу объяснять, откуда взялось (V^2 — V_0^2), можете повыводить на досуге 
Ну и в общем-то всё. Приведенные рассуждения и вычисления не претендуют на истину в последней инстанции и большую точность, но показывают, что зная «школьные» формулы по физике, можно решать такие интересные задачки, связанные с жизнью.
В принципе, мощность есть произведение силы на скорость. И на этом дискуссию можно было бы закончить. Но продолжим.
Интерпретируя данную формулу, в отношении автомобиля мы понимаем, что при любом типе двигателя с одинаковой мощностью, один и тот же автомобиль будет двигаться с одинаковой скоростью. Формула не врет, но где то глубоко внутри мы с ней категорически не согласны, ну или чувствуем подвох, в чем же дело? Давайте разбираться.
Дело в том, что на преодоление сопротивления при движении автомобиля (сопротивление движению есть сумма всех сил, таких как сопротивление воздуха, сопротивление качения и тд.) тратится совершенно определенная мощность. И совершенно не важно, какой двигатель при этом используется, лишь бы этот двигатель свои паспортные значения выдавал.
И в случае с осмыслением формулы (рассматривая сферического коня в вакууме) нас совершенно не волнует то, каким образом автомобиль этой скорости достиг и что будет, если условия движения незначительно изменяться. А вот в реальной жизни все совсем наоборот. И динамические характеристики обуславливаются целым набором факторов неразрывно связанных друг с другом.
Разберем на примере. Возьмём два разных двигателя мощностью сто пятьдесят лошадиных сил. Для контраста, пусть это будет литровый мотоциклетный и семи литровый двигатель грузовика.
Как поведут себя наши образцы, установленные на не предназначенные для них места? Давайте пофантазируем. Обеспечит ли мотоциклетный двигатель максимальную скорость для грузовика полной массой 15 тонн?
Однозначно, только при использовании стандартной трансмиссии разгонять грузовик, используя дополнительные ресурсы. Буксир, ветер, педали, как угодно, но достигнув максималки можно будет ехать, до тех пор, пока не изменятся условия. Увеличится сопротивление движению, например.
А вот с небольшим подъемом мало кубатурный двигатель справляется очень плохо. Это обусловлено скоростными характеристиками двигателя.
У каждого двигателя внутреннего сгорания есть участок, в котором при падении частоты вращения двигателя крутящий момент растет. (В отличие от двигателя постоянного тока, например, этот участок на всем диапазоне оборотов, а максимальный момент наблюдается при нуле. Такому двигателю не нужна коробка передач.
) У мало кубатурных, форсированных двигателей этот участок очень узкий (узкий относительно общего диапазона оборотов, не забывайте такой двигатель крутится до 15 000 обмин), в отличие от двигателей грузовых автомобилей. Для легкого мотоцикла это не актуально, запас мощности колоссальный. А вот в случае с грузовиком даже мизерное увеличение нагрузки вызовет падение оборотов, и снижение крутящего момента, что потребует переключения на низкую передачу.
Можно ли будет эксплуатировать такой грузовик. Со стандартной трансмиссией нет. Но решить проблему конечно можно, гибридный привод гидрообъемные и гидродинамические трансмиссии способны приблизить характеристики к идеальным. Но зачем если есть грузовой дизель?
А вот про мотоцикл с мотором от грузовика, даже фантазировать не придется. Ставят и ездят. Правда, тоже не очень хорошо.
Коробки передач на таком агрегате нет, а на холостом ходу мотоцикл двигается со скоростью 60 кмчас, разгоняясь до этой скорости за счет пробуксовки сцепления. Неудобно.
Мощность двигателя автомобиля – это основная величина, на которую обращают особенное внимание при выборе транспортного средства. Чем большей мощностью обладает машина, тем она дороже по стоимости.
Однако не всегда мощность, которую указывают в документах, может совпадать с той, которая присутствует на самом деле. Если у вас есть какие-то подозрения, то можно рассчитать её самостоятельно.
Что такое мощность легкового автомобиля?
Мощность машины помогает охарактеризовать её основные качества – чем выше мощность, тем больше можно развить скорость. Стоит отметить, что мощность двигателя нельзя отнести к постоянным величинам, она будет зависеть исключительно от оборотов двигателя.
То есть можно сказать, что на низких оборотах будет задействована не вся мощность, на которую способно данное транспортное средство. К примеру, для бензиновых двигателей максимальный уровень мощности легкового автомобиля может быть достигнут при 6000 оборотах в минуту, для дизельных двигателей это 4000 оборотов в минуту.
На мощность двигателя автомобиля большое влияние оказывает крутящий момент. Крутящим моментом считается произведение силы на плечо рычага.
Сила всегда измеряется в Ньютонах, а рычаг в метрах. 1 Нм – крутящий момент, который способна создать сила в 1Н, прикладываемая к рычагу, длина которого 1 метр. Сила, получаемая при сгорании топлива, оказывает влияние на поршень, который и создает крутящий момент.
Рассчитываем мощность двигателя автомобиля: инструкция
Для того чтобы вы могли самостоятельно рассчитать мощность легкового автомобиля, используйте следующие способы:
Приготовить документы на машину, в которых будет указан серийный номер двигателя. Благодаря этим данным можно практически сразу узнать мощность вашего авто в лошадиных силах. Для расчета необходимо сложить последние шесть цифр серийного номера.
Этот результат необходимо поделить на постоянный коэффициент 8,5. Теперь вы получите цифру, которая равна настоящей мощности вашей машины «в лошадях».
При наличии поставить машину на специальный технологический стенд, который обычно имеются в боксах гоночной команды, либо в автомобильном ателье, сделайте это. С использованием электронных приборов, этот агрегат сможет с точностью определить уровень мощности вашей машины. Самым главным достоинством такого способа является быстрота вкупе со 100% точностью.
Попробуйте сравнить число, указанное в ПТС (паспорте технического средства) с реальным показателем. Сделать это можно с использованием специализированной периодики. Здесь вам хорошо помогут автомобильные каталоги.
Стоит сравнить, какими характеристиками обладают машины, по конструкции схожие с вашим авто. Только обращать внимание стоит на модели, которые одного и того же года выпуска с вашим, имеющие схожий объем двигателя и др.
Попросите помощи у специалистов. В каждом авторизованном центре профессиональные мастера с легкостью помогут определить настоящую мощность легкового автомобиля. С использованием приборов они проведут её обследование, поставят на необходимый аппарат и т.д.
Некоторые умельцы из народа пытались определить мощность своего автомобиля с помощью самых настоящих лошадей. Для этого привязывали целый табун к авто и замеряли их тягу. Сколько коней могут сдвинуть с места машину, такова и мощность транспортного средства.
Только стоит учитывать, что одна лошадиная сила приравнивается к тяге одной лошади, рост которой равен одному метру и вес которой один килограмм. Более подробный эталон меры вы сможете найти в Парижском музее «Мер и весов».
Таким образом, вы сможете самостоятельно определить мощность двигателя автомобиля. Это может пригодиться вам в дальнейшем, чтобы знать, на что он реально способен, а на что нет.
Определение мощности двигателя автомобиляНайти мощность развиваемую движком на прямой передаче со скоростью = 85 км/ч на дороге с уклоном h = 0,03 при коэффициенте сопротивления качению = 0,022. Характеристики автомобиля: mа = 4500 кг, kотб = 0,95, тр = 0,94, kw = 0,52 Н×с²/м4, Ал = 4,6 м².
Мощность мотора определяется из условия обеспечения наибольшей скорости автомобиля в данных дорожных критериях. Движение автомобиля подразумевается на прямолинейном горизонтальном участке дороги с жестким покрытием в сухую штилевую погоду. Наибольшая скорость достигается при dv/dt = 0. Составим уравнение баланса мощности при этих критериях:
где Рк – мощность, подводимая к ведущим колесам при установившемся движений; Рш – мощность, нужная для преодоления суммарного дорожного сопротивления;
Рщ – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха.
Выражение для определения разыскиваемой мощности мотора: где – мощность мотора, Вт;
– полная масса автомобиля, кг; g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2);
– наибольшая скорость автомобиля, м/с;
[custom_ads_shortcode1]
Физика Найдите силу тяги, развиваемую при скорости 12 м/с электровозом, работающим при напряжении
Физика Найдите силу тяги, развиваемую при скорости 12 м/с электровозом, работающим при напряжении 3 кВ и потр.
[custom_ads_shortcode2]
Физика
Физика С каким ускорением движется при разбеге реактивный самолет массой 60 т, если сила тяги двигателей.
– коэффициент суммарного дорожного сопротивления при ;
– сила сопротивления воздуха при , Н; – КПД трансмиссии на высшей ступени коробки передач, обеспечивающей достижение скорости при полной массе автомобиля.
Значение соответствует необходимой мощности для движения автомобиля на прямолинейном горизонтальном участке дороги с асфальтобетонным покрытием со скоростью Значение скорости выбирается в соответствии с регламентирующими нормативами или с учетом информации о лучших мировых образцах.
Двигатели легковых автомобилей обычно поставляются комплектно со всеми механизмами вспомогательного оборудования (вентилятором, генератором, воздухоочистителем и др.). Мощность двигателя в этом случае указывается с учетом затрат на привод этих механизмов. Двигатели грузовых автомобилей большой грузоподъемности и автобусов большой вместимости обычно поставляются не в полном комплекте. Поэтому при учете необходимых затрат мощности на собственные нужды двигателя коэффициент принимают в пределах 0,05-0,10.
Для определения КПД трансмиссии необходимо принять техническое решение о структуре трансмиссии, представить ее функциональную схему и определить для каждого механизма трансмиссии тип и количество зубчатых зацеплений, передающих энергию от входного к выходному валу на высшей передаче, на которой достигается.
Вычислив значение подбирают двигатель для проектируемого автомобиля. При этом принимают во внимание топливную экономичность, экологичность, массу, габариты, надежность и гарантийный средний ресурс двигателя. Выбор типа и модели двигателя должен быть тщательно обоснован.
1. Сопротивление воздуха, определяется по формуле:
Мощность автомобиля характеризует его скоростные качества – чем выше мощность, тем выше можно развить скорость. Так уж повелось, что в автомобильном мире мощность принято измерять лошадиными силами. Однако, мощность двигателя является величиной не постоянной и напрямую зависит от его оборотов. Другими словами, на низких оборотах в работе двигателя задействован далеко не весь «табун лошадей», а только некоторая его часть. Так для бензиновых двигателей большинства современных автомобилей максимальная мощность (которую указывают в паспорте) достигается при 5000-6000 оборотах в минуту, а для дизельных – 3000-4000. Однако, в повседневной городской езде обороты двигателя, как правило, ниже, а значит, ниже мощность. А теперь представим, что нам надо ускориться для обгона – мы нажимаем на педаль и обнаруживаем, что «автомобиль не едет». В чем же причина? Причина – в крутящем моменте. Крутящий момент – это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена, Мкр = F х L. Сила измеряется в ньютонах, рычаг – в метрах. 1 Нм – крутящий момент, который создает сила в 1 Н, приложенная к концу рычага длиной 1 м. В двигателе внутреннего сгорания роль рычага исполняет кривошип коленчатого вала. Сила, рождаемая при сгорании топлива, действует на поршень, через который и создает крутящий момент. В контексте настоящей статьи крутящий момент есть величина, определяющая насколько быстро двигатель может набрать максимальную мощность. Нетрудно догадаться, что именно эта величина характеризует динамику разгона. Также как и мощность, максимальный крутящий момент указывается для конкретных оборотов двигателя. При этом важным параметром является не столько величина момента, сколько обороты, на которых он достигается. Например, для резкого ускорения при спокойной езде (2000-2500 об./мин.) более предпочтителен тот двигатель, крутящий момент которого достигается на низких оборотах – нажал на педаль и машина выстрелила. Известно, что серийные бензиновые двигатели развивают не самый большой крутящий момент, при этом максимальное значение достигается только на средних оборотах (обычно 3000-4000). Зато бензиновые двигатели могут раскручиваться до 7-8 тыс. об./мин., что позволяет им развивать довольно большую мощность. В противоположность таким моторам «тихоходные дизели», развивающие не более 5 000 об./мин., обладают внушительным моментом, доступным практически с самых «низов», при этом проигрывают в максимальной мощности. И на десерт капелька математики. Мощность двигателя можно рассчитать по формуле: P = Mкр*n/9549 [кВт], где Mкр – крутящий момент двигателя (Нм), n – обороты коленчатого вала двигателя (об./мин.). Для получения лошадиных сил необходимо полученный результат умножать на коэффициент 1,36. На практике известно, что мощность двигателя в большей степени зависит от оборотов, потому что эту величину «проще нарастить», чем крутящий момент. Сухой остаток: для максимальной скорости важна мощность двигателя, а для ускорения – крутящий момент. При этом важной характеристикой являются обороты двигателя, на которых этот крутящий момент максимален, то есть на которых возможно максимальное ускорение. Лошадиные силы бывают разными Употребляемые в международной практике показатели мощности двигателя во многих случаях не поддаются прямому сравнению друг с другом. Лошадиная сила (л.с.) Европа, pferdestarke — PS (нем.), cheval — ch (франц.) -1 л.с. (1 PS, 1 ch)=0,735 кВт=0,9862 hp Лошадиная сила США, horsepower — hp (англ.)- 1 hp =1,0139 л.с.=0,7457 кВт
2. 2Уже более века двигатели внутреннего сгорания используются практически во всех областях транспорта. Они являются “сердцем” автомобиля, трактора, тепловоза, корабля, самолёта и за последние тридцать лет стали представлять собой своеобразный сплав последних достижений науки и техники.
Для нас уже привычными стали такие термины, как МОЩНОСТЬ и КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ и являются необходимым критерием оценки силовых возможностей двигателя. Но на сколько правильно Вы можете оценить потенциал двигателя, имея перед глазами лишь скупые цифры с техническими данными автомобиля? Надеюсь, Вы не станете целиком полагаться на заверения продавца автосалона, что мотор приобретаемого Вами авто достаточно мощный и полностью Вас удовлетворит?
Для того, чтобы потом не пожалеть о не выгодном приобретении прошу ознакомиться с нижеизложенным. С давних времён для строительства, перемещения грузов, а так же транспортировки людей человечество использовало всевозможные механизмы и устройства. С изобретением более чем 10 тыс.
лет назад ЕГО ВЕЛИЧЕСТВА КОЛЕСА, теория механики претерпела серьёзные изменения. Изначально, роль колеса сводилась только к банальному уменьшению сопротивления (силы трения) и переводу силы трения в качение. Конечно, катить круглое гораздо приятней, чем тащить квадратное!
Но качественное изменение способа применения колеса произошло намного позднее благодаря появлению другого гениального изобретения ― ДВИГАТЕЛЯ! Отцом парового локомотива, чаще называют Джорджа Стивенсона, который построил в 1829 году свой знаменитый паровоз “Ракета”. Но ещё в 1808 году англичанин Ричард Тревитик демонстрирует одно из самых революционных изобретений в истории первый паровоз.
Но к нашей всеобщей радости Тревитик сначала построил паровой автомобиль для уличного движения, а затем уж только пришел к мысли o паровозе. Таким образом, автомобиль является в некотором роде прародителем паровоза. К сожалению судьба первооткрывателя Ричард Тревитика, как впрочем, многих инженеров, но не коммерсантов сложилась печально.
Он разорился, долго жил на чужбине, и умер в нищете. Но не будем о грустном… Наша задача ― понять, что такое крутящий момент и мощность двигателя, и она значительно упростится, если вспомнить устройство паровоза. Кроме пассивного преобразователя трения из одного вида в другой, колесо стало выполнять еще одну задачу — создавать движущую (тяговую) силу, то есть, отталкиваясь от дороги, приводить в движение экипаж.
Давление пара действует на поршень, тот, в свою очередь, давит на шатун, последний проворачивает колесо, создавая КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ. Вращение колеса под действием крутящего момента вызывает появление пары сил. Одна из них — сила трения между рельсом и колесом — как бы отталкивается от рельса назад, а вторая — та самая искомая нами СИЛА ТЯГИ через ось колеса передается на детали рамы паровоза.
На примере паровоза заметно, что чем больше давление пара, действующее на поршень, а через него — на шатун, тем большая сила тяги будет толкать его вперед. Очевидно, изменяя давление пара, диаметр колеса и положение точки крепления шатуна относительно центра колеса, можно менять силу и скорость паровоза. То же самое происходит в автомобиле.
Разница в том, что все преобразования сил осуществляются непосредственно в самом двигателе. На выходе из него мы имеем просто вращающийся вал, то есть, вместо силы, толкающей паровоз вперёд, здесь мы получаем круговое движение вала с определенным усилием ― КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ. А МОЩНОСТЬ, развиваемая двигателем, ― это его способность вращаться как можно быстрее, одновременно создавая при этом на валу крутящий момент.
Затем вступает в действие силовая передача автомобиля (трансмиссия), которая этот крутящий момент изменяет так, как нам нужно, и подводит к ведущим колесам. И только в контакте между колесом и дорожным покрытием крутящий момент снова “выпрямляется” и становится тяговой силой. Очевидно, что тяговую силу предпочтительно иметь наибольшую.
Это обеспечит нужную интенсивность разгона, способность преодолевать подъемы и перевозить больше людей и груза. В технической характеристике автомобиля есть такие параметры, как число оборотов двигателя при максимальной мощности и максимальном крутящем моменте и величина этой мощности и момента. Как правило, они измеряются соответственно в оборотах в минуту (мин־¹), киловаттах (кВт) и ньютонометрах (Нм).
Необходимо уметь правильно понимать внешнюю скоростную характеристику двигателя. Это графическое изображение зависимости мощности и крутящего момента от оборотов коленчатого вала. Наиболее показательной является форма кривой крутящего момента, а не его величина.
Чем раньше достигается максимум и чем более полого кривая падает по мере увеличения оборотов (то есть мотор имеет неизменную тягу), тем правильнее спроектирован и работает двигатель. Однако получить двигатель, обладающий достаточным запасом мощности, высокими оборотами да еще и стабильным КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ в широком диапазоне оборотов, непросто. Именно на это направлены применение наддува различных систем, электронного регулирования впрыска топлива, переменные фазы газораспределения, настройка выпускной системы и ряд других мероприятий.
Давайте рассмотрим пример. Вам предстоит преодолеть подъем, а увеличить скорость движения (разогнать автомобиль перед подъемом) нельзя из-за дорожной обстановки. Для сохранения темпа движения потребуется увеличить силу тяги.
Тут часто возникает ситуация, которая выглядит так, добавление газа не даёт прироста силы тяги. Это вызывает снижение скорости, а значит, и оборотов двигателя, сопровождающееся дальнейшим уменьшением силы тяги на ведущих колесах. Так что же делать?
Как поддержать большую тяговую силу при малой скорости движения, если двигатель “не тянет”, то есть, не обеспечивает достаточный КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ? Вступает в действие трансмиссия. Вы вручную, или автоматическая коробка передач самостоятельно, измените передаточное число так, чтобы сила тяги и скорость движения находились в оптимальном соотношении.
Но это дополнительные неудобства в управлении автомобилем. Напрашивается вывод: было бы лучше, если бы двигатель сам приспосабливался к работе в таких ситуациях. Например, вы въезжаете на подъем.
Сила сопротивления движению автомобиля возрастает, скорость падает, но силу тяги можно добавить, просто сильнее нажав на педаль газа. Автомобильные конструктора для оценки этого параметра используют термин “ЭЛАСТИЧНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ”. Это соотношение между числами оборотов максимальной мощности и оборотов максимального крутящего момента (об/мин Pmax/об/мин Mmax).
Оно должно быть таковым, чтобы по отношению к оборотам максимальной мощности обороты максимального крутящего момента были как можно ниже. Это позволит снижать и увеличивать скорость только за счет работы педалью газа, не прибегая к переключению передач, а также ехать на повышенных передачах с малой скоростью. Практически оценить эластичность мотора можно путем проверки способности автомобиля разгоняться от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче.
Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель. В подтверждение вышеизложенного, обратимся к результатам тестов автомобилей Audi, BMW и Mercedes, проведенных в Европе и опубликованных российским издательством немецкого журнала Auto Motor und Sport в ноябрьском номере за 2005 год. Главным образом, рассмотрим характеристики Audi и BMW.
Двигатель Audi, гораздо меньшего объёма и почти такой же мощности, практически не уступает баварцу в разгоне с места, но зато в замерах на эластичность и экономичность кладёт конкурента на обе лопатки. Почему это происходит? Потому что коэффициент эластичности мотора Audi 2,39 (4300/1800) против 1,66 (5800/3500) у BMW, а поскольку вес автомобилей приблизительно равный, жеребец из Мюнхена позволяет дать завидную фору своему соотечественнику.
Причём эти впечатляющие результаты достигаются на топливе АИ-95. Итак, подведём итог!
Из двух двигателей одинакового объема и мощности, предпочтителен тот, у которого выше эластичность. При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также упростит манипуляции рычагом коробки передач. Под все эти условия попадают современные бензиновые и дизельные двигатели с наддувом. Эксплуатируя автомобиль с таким мотором, Вы получите массу приятных впечатлений!
2. 3Что интересует людей, изучающих технические характеристики того или иного автомобиля? В первую очередь мощность, затем расход топлива и максимальная скорость.
О крутящем моменте вспоминают редко. А зря. Тяговые возможности моторов еще с момента рождения самоходных колясок принято оценивать по мощности, которая выражается в лошадиных силах.
Из-за отсутствия в те далекие времена методики расчета и определения мощности до 1906/1907 годов эта характеристика двигателя имела не вполне четкое обозначение – она показывала приблизительную мощность – «от» и «до», например, от 15 до 20 л. с. С 1907 года этот неточный показатель мощности разделили на два значения, например, 6/22 л.
с. В первую цифру заложили значение налоговой ставки, а во вторую – мощность. Введенная налоговая лошадиная сила соответствовала определенному значению рабочего объема двигателя: 261,8 куб.
см для четырехтактных моторов и 174,5 куб. см – для двухтактных. Появление такого способа установления налоговых ставок было обусловлено зависимостью рабочего объема двигателя от количества вырабатываемой им энергии и потребления топлива.
Обозначать мощность в киловаттах (кВт), согласно международной системе измерений СИ, начали значительно позже. На самом деле «мощность» отражает тяговые возможности двигателя лишь косвенно. С этим согласятся те, кто ездил на автомобилях-одноклассниках с двигателями приблизительно равной мощности и объема.
Они наверняка заметили, что одни автомобили достаточно резвы начиная с низких оборотов, другие любят только высокие обороты, а на малых ведут себя достаточно вяло. Много вопросов возникает у тех, кто после легковушки с 110-120-сильным бензиновым мотором пересел за руль такой же машины, но с дизельным двигателем мощностью всего 70-80 л. с.
По динамике разгона, не используя спортивный режим (высокие обороты), на первый взгляд маломощный «дизель» с легкостью обойдет своего бензинового брата. В чем же здесь дело? Вся эта неразбериха вызвана тем, что в каждом случае такая величина как сила тяги (FT, Н), приложенная к ведущим колесам, будет разной.
Объяснение этому легко найти из формулы: FT=Мкр•i•h/r, где Мкр-крутящий момент двигателя, i-передаточное число трансмиссии, h – КПД трансмиссии (при продольном расположении двигателя h=0,88-0,92, при поперечном – h=0,91-0,95), r – радиус качения колеса. Из формулы видно, что чем больше крутящий момент двигателя и передаточное число, и чем меньше потери в трансмиссии (т. е.
чем выше ее КПД) и радиус ведущих колес, тем больше сила тяги. Радиус колес, передаточное число и КПД трансмиссии у автомобилей-одноклассников очень схожи, поэтому на силу тяги они влияют не в такой степени как крутящий момент двигателя. Если в формулу подставить реальные цифры, то сила тяги на каждом ведущем колесе, например, автомобиля Volkswagen Golf IV с 75-сильным мотором, развивающим крутящий момент 128 Н•м, будет равна 441 Н или 45 кГ•с.
Правда, эти значения действительны, когда частота вращения коленчатого вала двигателя (3300 об/мин) соответствует максимальному крутящему моменту. Что такое крутящий момент Разобраться, что такое крутящий момент, можно на простом примере. Возьмем палку и один ее конец зажмем в тисках.
Если надавить на другой конец палки, на нее начнет воздействовать крутящий момент (Мкр). Он равен силе, приложенной к рычагу, умноженной на длину плеча силы. В цифрах это выглядит так: если на рычаг длиной один метр подвесить 10-килограммовый груз, появится крутящий момент величиной 10 кг•м.
В общепринятой системе измерения СИ этот показатель (умножается на значение ускорения свободного падения – 9,81 м/с2) будет равен 98,1 Н•м. Из этого следует, что получить больший крутящий момент можно двумя путями – увеличив длину рычага или вес груза. В двигателе внутреннего сгорания нет палок и грузов, а вместо них имеется кривошипно-шатунный механизм с поршнями.
Крутящий момент здесь получают благодаря сгоранию горючей смеси, которая при этом расширяется и толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун давит на «колено» коленчатого вала. Хотя в описании характеристик двигателей длину плеча не указывают, об этом позволяет судить величина хода поршня (удвоенное значение радиуса кривошипа).
Примерный расчет крутящего момента двигателя выглядит так. Когда поршень толкает шатун с усилием 200 кг на плечо 5 см возникает крутящий момент 10 кГ•с, или 98,1 Н•м. Чтобы этот показатель стал больше, радиус кривошипа следует увеличить или сделать так, чтобы поршень давил на шатунную шейку с большей силой.
Увеличивать радиус кривошипа до бесконечности нельзя, так как размер двигателя тоже придется увеличивать в ширину и в высоту. Возрастают и силы инерции, требующие упрочения конструкции или уменьшения максимальных оборотов. Появляются при этом и другие негативные факторы.
В такой ситуации у конструкторов двигателей остался только один выход – увеличить силу, с которой поршень приводит в движение коленчатый вал. Для этого топливно-воздушную смесь в камере сгорания необходимо сжечь более качественно и большее количество. Достигают этого путем увеличения рабочего объема, диаметра цилиндров и их количества, а также улучшения степени наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью, оптимизации процесса сгорания, повышения степени сжатия.
Получить на коленчатом валу двигателя максимальный крутящий момент удается не на всех оборотах. У разных двигателей пик максимального крутящего момента достигается на различных режимах – у одних он больше на малых оборотах (в диапазоне 1800-3000 об/мин), у других – на более высоких (в диапазоне 3000-4500 об/мин). Объясняется это тем, что в зависимости от конструкции впускного тракта и фаз газораспределения эффективное наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью происходит только при определенных оборотах.
Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 4744; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ.
[custom_ads_shortcode3]
Похожие статьи:
Источники:
- www.kakprosto.ru
- tramba.ru
- avto-melvin.ru
- poznayka.org