Як обчислити потужність: 4 кроків (з ілюстраціями)

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, який треба було, 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 і енергії пара, яка приводила в рух найперші потяги і кораблі (перший гвинт був встановлена корабель HMS Britain, який перший раз вийшов в море в 1846 році-на ньому стояв один шестилопатеві гвинт, який виглядав як вітряк), величезну 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 кінської 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.

Зображення з назвою Calculate Power Output Step 2

2. Розглянемо сьогоднішні потреби промисловості. У переважній більшості випадків в промисловості ми маємо справу з обертовими механізмами, а не прямолінійним рухом. Так що ми повинні знати, як обчислювати потужність електродвигунів, парових машин, турбін, дизелів та т.д., і тому нам необхідно розглянути крутний момент, або правільнеемомент сили.

Момент сили характеризує силу, яка 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 заплутатися. 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 відстані від осі до точки прикладання сили.

Робота і момент сили - різні поняття. До тих пір, поки момент сили не робить обертального руху, не робиться ніякої роботи, і ніяка потужність не споживається.

Зображення з назвою Calculate Power Output Step 3

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 множите 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)

Зображення з назвою Calculate Power Output Step 4

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 оборотів в 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.