Come calcolare la potenza in cavalli vapore o watt, cosa significano questi termini e perché questi termini sono importanti.
Fare un passo
Passaggio 1. Rivedere le basi
La parola potere è definita come l'intervallo di tempo per fare il lavoro. Nel frattempo, il lavoro è un vecchio termine per misurare l'efficacia di una forza applicata nello spostamento di un oggetto inerte o nell'affrontare un ostacolo o un altro ostacolo e nel coprire una distanza.
- Il punto qui è che per fare "lavoro", una forza deve percorrere una distanza. Ad esempio, se un'elica con una forza di 300 N muove una nave in acqua di 80 m, allora il lavoro svolto è FORZA x DISTANZA = 300 x 80 = 24.000 "Nm/Joule" --- quindi si può dire che l'elica l'elica ha compiuto 24.000 Joule di lavoro.
- Considera il tempo necessario per spostare la nave a quella distanza. Supponiamo che la nave stia percorrendo questa distanza a una velocità di 20 m al secondo (m/s). Per coprire una distanza di 80 m, la nave impiega 80/20 = 4 secondi. Quindi, l'elica della nave fa 24.000 Joule di lavoro in 4 secondi, quindi la potenza viene applicata a una velocità di 24.000/4 = 6.000 Joule al secondo (J/s).
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Comprendi lo sfondo storico del tempismo. Ai tempi in cui i motori a benzina e l'energia a vapore venivano utilizzati per alimentare i primi treni e navi (la prima nave ad utilizzare un'elica fu la HMS Britain il cui primo viaggio ebbe luogo nel 1846 e utilizzò un'elica con 6 pale, che sembra un mulino a vento), i cavalli svolgono un lavoro molto faticoso e vario. In modo univoco, le persone misurano lo sforzo che un cavallo può fare e calcolano il tempo. Dopo aver cercato la media di un numero di prove, hanno deciso che 746 J/s è il tasso standard di lavoro svolto da un cavallo sano. Più tardi questo standard divenne noto come "potenza". 746 Joule al secondo in una potenza (CV). è vero ancora oggi.
746 X 60 = 44.760 Joule al minuto, che equivale a: un CV
- Un'altra unità universale di potenza, ora generalmente limitata alle apparecchiature elettroniche ed elettriche e basata sul sistema metrico MKS (metro-chilogrammo-secondo/secondo), è il "watt". Se un Newton di forza percorre una distanza di un metro, è stato compiuto un joule di lavoro; se la forza impiega un secondo per fare un joule di questo lavoro, allora il consumo di energia è di un watt. Quindi un watt è un joule al secondo.
Passaggio 2. Considera l'industria che ne ha bisogno in questo momento
Nella maggior parte dei casi nell'industria, lavoriamo con macchine rotanti e non macchine con moto rettilineo come un cavallo che ara con un erpice su 160.000 m² di terreno. Quindi, dovremmo essere in grado di determinare la potenza di uscita di cose come motori elettrici, motori a vapore, turbine, diesel, ecc. E quindi, impariamo a conoscere l'argomento della coppia.
- La coppia è una misura della tendenza a cambiare direzione o ruotare qualcosa o dare movimento rotatorio a un oggetto su alcuni assi. Se si preme la maniglia di una leva di cinque metri con una forza di 20 Newton, si applica una coppia di 5 X 20 = Newton-metri.
- Ora, ecco la difficoltà e può portare a confusione. Per calcolare il lavoro lineare su una retta, si moltiplica la forza per lo spostamento. Di nuovo, stai moltiplicando la forza nelle stesse unità dello spostamento, ma in questo caso lo spostamento è il "braccio di leva" e anche se stai producendo coppia, a meno che qualcosa non ruoti, non c'è movimento e quindi, nessun lavoro.
- Lavoro e coppia, sebbene sembrino misurati nella stessa unità, sono in realtà molto diversi. Non viene eseguito alcun lavoro prima che la coppia produca una rotazione effettiva e quindi non viene utilizzata alcuna potenza.
- Il lavoro viene misurato in Joule (J) mentre la coppia viene misurata in Newton.metri (Nm) per differenziare i due.
Passaggio 3. Misurare il lavoro se c'è movimento o "spostamento" rotazionale
Supponiamo che una leva sia saldamente bloccata al suo fulcro che termina in un asse e che la tua mano, applicando 20 N di forza come prima, percorre una distanza di due metri lungo il cerchio rappresentato dalla leva di cinque metri, quindi il lavoro è fatto, come in il caso di una retta sopra, sopra, uguale a forza per spostamento o 20 X 2 = 40 Newton metri. Supponiamo di moltiplicare e dividere contemporaneamente questo numero per la leva lunga 5 metri o "braccio di leva". Ovviamente, questo non cambierà il risultato, quindi puoi scrivere:
- Lavoro = 5 X 20 X 2/5 e il risultato è 40 Joule come prima, ma 5 X 20 è superiore? Hai appena visto che è la coppia.
- Cos'è "2/5"? Lo spostamento lineare di 2 metri diviso per il braccio della leva, ti dice di quanto hai girato l'asse in unità angolari chiamate radianti. Un radiante, utilizzato universalmente in fisica e ingegneria meccanica, è definito come l'angolo tra due raggi di un cerchio tale che i punti sulla circonferenza di un cerchio in cui i due raggi si intersecano, sono separati dalla lunghezza dei raggi del cerchio. Questo calcolo è molto vicino a 57 gradi o è anche l'angolo formato al centro del cerchio da un arco che è uguale al raggio del cerchio alla circonferenza del cerchio.
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Quindi puoi dire che il lavoro svolto da una coppia che produce uno spostamento rotazionale (theta) radianti è uguale alla coppia (L)
- volte lo spostamento rotazionale o
- lavoro = L X theta in joule
Passaggio 4. Nota che sei molto più interessato alla quantità di potenza nella rotazione del motore e del motore, ovvero l'intervallo di tempo per eseguire il lavoro di rotazione:
- potenza rotazionale = coppia X spostamento angolare (radianti)/tempo (secondi)
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In fisica, la velocità angolare è scritta in radianti al secondo, ma qualsiasi motore o motore di aeroplano o nave che vedi viene sempre misurato in giri/min (giri al minuto), quindi dobbiamo cambiarlo.
- Un giro al minuto (rpm) = 60 giri/secondo = 60 giri/s, ma un giro al secondo = 2 X pi radianti al secondo
- Quindi la potenza in Joule al secondo di un apparato rotante, che produce una coppia, L, e ruota ad una velocità S rpm, è
- Potenza = S/60 X (2 pi greco) X L in J/s e come scritto in precedenza, per convertirlo in cavalli bisogna dividere per 746 o
- Potenza motore = (2 pi)/44.760 X L X S dove L è la coppia misurata in Newton metri (di solito con un freno Prony) e S è la velocità di rotazione in giri/min che può essere misurata con un contatore, stroboscopio, laser, ecc. In questo modo, le curve di prestazione dei motori di auto e moto possono essere rappresentate sotto forma di un grafico della coppia in funzione dei giri/min. e potenza (CV) rispetto alla velocità del motore in giri/min. e i tecnici automobilistici possono vedere le sue prestazioni ottimali da questi grafici.
