كيفية حساب القدرة بالحصان أو الواط ، وماذا تعني هذه المصطلحات ، ولماذا تعتبر هذه المصطلحات مهمة.
خطوة
الخطوة الأولى. راجع الأساسيات
يتم تعريف قوة الكلمة على أنها الفاصل الزمني للقيام بالعمل. وفي الوقت نفسه ، يعد العمل مصطلحًا قديمًا لقياس مدى فعالية القوة المطبقة في تحريك جسم خامل أو مواجهة عقبة أو عقبة أخرى وتغطية مسافة.
- النقطة المهمة هنا هي أنه من أجل القيام "بالشغل" ، يجب أن تقطع القوة مسافة. على سبيل المثال ، إذا حركت مروحة بقوة 300 نيوتن سفينة في الماء 80 مترًا ، فإن الشغل المنجز هو FORCE x DISTANCE = 300 x 80 = 24،000 "Nm / Joule" --- لذلك يمكن القول أن المروحة أنجزت المروحة 24000 جول من الشغل.
- ضع في اعتبارك الوقت الذي ستستغرقه لتحريك السفينة لتلك المسافة. افترض أن السفينة تسافر هذه المسافة بسرعة 20 مترًا في الثانية (م / ث). لقطع مسافة 80 م ، تستغرق السفينة 80/20 = 4 ثوان. لذلك ، تعمل مروحة السفينة 24000 جول في 4 ثوانٍ ، لذلك يتم تطبيق الطاقة بمعدل 24000/4 = 6000 جول في الثانية (J / s).
-
افهم الخلفية التاريخية للتوقيت. مرة أخرى في الأيام التي سبقت استخدام محركات البنزين والطاقة البخارية لتشغيل القطارات والسفن الأولى (كانت أول سفينة تستخدم المروحة هي HMS بريطانيا التي كانت رحلتها الأولى في عام 1846 واستخدمت مروحة واحدة ذات 6 شفرات ، والتي تشبه طاحونة الهواء.) ، تقوم الخيول بعمل شاق ومتنوع للغاية. بشكل فريد ، يقيس الأشخاص مقدار الجهد الذي يمكن أن يقوم به الحصان ويحسب الوقت. بعد البحث عن متوسط عدد من التجارب ، قرروا أن 746 J / s هو المعدل القياسي للعمل الذي يقوم به حصان سليم. في وقت لاحق أصبح هذا المعيار يعرف باسم "القدرة الحصانية". 746 جول في الثانية إلى حصان واحد. هذا ما يزال صحيحا حتى اليوم.
746 × 60 = 44.760 جول للدقيقة ، وهو ما يعادل: حصان واحد
- وحدة طاقة عالمية أخرى ، تقتصر الآن عمومًا على المعدات الإلكترونية والكهربائية وتعتمد على النظام المتري MKS (متر - كيلوغرام - ثانية / ثانية) ، وهي "واط". إذا قطع نيوتن واحد من القوة مسافة متر واحد ، فهذا يعني أن جول واحد من الشغل قد تم ؛ إذا استغرقت القوة ثانية واحدة لأداء جول واحد من هذا العمل ، فإن استهلاك الطاقة هو واحد واط. إذن ، الواط الواحد يساوي جول في الثانية.
الخطوة 2. ضع في اعتبارك الصناعة التي تحتاجها في هذا الوقت
في معظم الحالات في الصناعة ، نحن نعمل مع الآلات الدوارة وليس الآلات ذات الحركة المستقيمة مثل حصان يحرث بمشط على 160.000 متر مربع من الأرض. لذلك ، يجب أن نكون قادرين على تحديد الطاقة الناتجة لأشياء مثل المحركات الكهربائية والمحركات البخارية والتوربينات والديزل وما إلى ذلك ، وبالتالي ، نتعرف على موضوع عزم الدوران.
- عزم الدوران هو قياس الميل لتغيير الاتجاه أو تدوير شيء ما أو إعطاء حركة دورانية لجسم ما على بعض المحاور. إذا ضغطت على مقبض رافعة طولها خمسة أمتار بقوة 20 نيوتن ، فأنت تستخدم عزمًا 5 × 20 = نيوتن متر.
- الآن ، ها هي الصعوبة ويمكن أن تؤدي إلى الارتباك. لحساب الشغل الخطي على خط مستقيم ، تضرب القوة في الإزاحة. مرة أخرى ، تقوم بضرب القوة في نفس وحدات الإزاحة ، ولكن في هذه الحالة تكون الإزاحة هي "ذراع الرافعة" وعلى الرغم من أنك تنتج عزم الدوران ، ما لم يكن هناك شيء يدور ، فلا توجد حركة وبالتالي لا يوجد عمل.
- الشغل وعزم الدوران ، على الرغم من أنهما يقاسان في نفس الوحدة ، إلا أنهما مختلفان تمامًا في الواقع. لا يتم القيام بأي عمل قبل أن ينتج عزم الدوران دورانًا فعليًا ، وبالتالي ، لا يتم استخدام أي طاقة.
- يقاس الشغل بالجول (J) بينما يقاس العزم بوحدة نيوتن متر (نيوتن متر) للتفريق بين الاثنين.
الخطوة 3. قم بقياس العمل إذا كان هناك أي حركة أو "إزاحة" دورانية
لنفترض أن ذراعًا مغلقًا بإحكام عند نقطة ارتكازه الذي ينتهي بمحور ويدك ، بتطبيق 20 نيوتن من القوة كما كان من قبل ، تسافر مسافة مترين على طول الدائرة التي يمثلها ذراع خمسة أمتار ، ثم يتم العمل ، كما في حالة الخط المستقيم أعلاه. أعلاه ، تساوي القوة مضروبًا في الإزاحة أو 20 × 2 = 40 نيوتن متر. افترض أنك تقوم بضرب هذا الرقم وتقسيمه في نفس الوقت على الرافعة التي يبلغ طولها 5 أمتار أو "ذراع الرافعة". من الواضح أن هذا لن يغير النتيجة ، لذا يمكنك كتابة:
- العمل = 5 × 20 × 2/5 والنتيجة هي 40 جول كما في السابق ، لكن هل 5 × 20 أعلى من ذلك؟ لقد رأيت للتو أنه عزم الدوران.
- ما هو "2/5"؟ الإزاحة الخطية البالغة 2 متر مقسومة على ذراع الرافعة ، تخبرك إلى أي مدى أدرت المحور بوحدات زاوية تسمى راديان. يتم تعريف الراديان ، المستخدم عالميًا في الفيزياء والهندسة الميكانيكية ، على أنه الزاوية بين نصف قطر دائرة بحيث يتم فصل النقاط الموجودة على محيط الدائرة حيث يتقاطع نصف قطرها بطول نصف قطر الدائرة. هذه العملية الحسابية قريبة جدًا من 57 درجة أو هي أيضًا الزاوية المتكونة في مركز الدائرة بواسطة قوس يساوي نصف قطر الدائرة عند محيط الدائرة.
-
لذا يمكنك القول إن الشغل الذي يقوم به عزم دوران ينتج عنه إزاحة دورانية (ثيتا) راديان يساوي عزم الدوران (L)
- مرات الإزاحة الدورانية أو
- العمل = L X ثيتا بالجول
الخطوة الرابعة: لاحظ أنك مهتم أكثر بكمية القدرة الحصانية في دوران المحرك والمحرك ، أي الفاصل الزمني لأداء العمل الدوراني:
- القدرة الدورانية = عزم الدوران X الإزاحة الزاوية (راديان) / الوقت (بالثواني)
-
في الفيزياء ، تُكتب السرعة الزاوية بالتقدير الدائري في الثانية ، ولكن أي محرك أو طائرة أو محرك سفينة تراه يُقاس دائمًا بالدورة في الدقيقة (عدد الدورات في الدقيقة) ، لذلك يتعين علينا تغيير ذلك.
- دورة واحدة في الدقيقة (rpm) = 60 دورة / ثانية = 60 rps ، لكن دورة واحدة في الثانية = 2 X pi راديان في الثانية
- إذن فالقدرة بالجول في الثانية لجهاز دوار ، والتي تنتج عزمًا L ، وتدور بسرعة S rpm ، هي
- القوة = S / 60 X (2 pi) X L في J / s وكما هو مكتوب سابقًا ، لتحويلها إلى قوة حصانية ، عليك القسمة على 746 أو
- القدرة الحصانية للمحرك = (2 pi) /44.760 X L X S حيث L هو عزم الدوران المقاس بمتر نيوتن (عادةً مع فرامل Prony) و S هي سرعة الدوران في دورة في الدقيقة والتي يمكن قياسها باستخدام عداد أو ستروبوسكوب أو ليزر ، إلخ. بهذه الطريقة ، يمكن تصوير منحنيات أداء محركات السيارات والدراجات النارية في شكل رسم بياني لعزم الدوران مقابل عدد الدورات في الدقيقة. والقوة (حصان) مقابل سرعة المحرك في دورة في الدقيقة ويمكن لفنيي السيارات رؤية أدائها الأمثل من هذه الرسوم البيانية.
