Mitä voimaa nostinmoottori kehittää?

Usein tärkeätä on työn "nopeus", jonka määrää voima.

Teho N on täydellisen työn A suhde aikaväliin t, jona tämä työ on valmis: N \u003d A / t

Esimerkiksi rakennusnosturi nostaa satoja tiiliä monikerroksisen rakennuksen korkeudelle muutamassa sekunnissa, ja ihmisen tarvitsisi useita päiviä tehdäkseen tämän. Tämä tarkoittaa, että nosturin teho on monta kertaa suurempi kuin ihmisen voima.

Voimayksikkö.   SI-yksikön tehoyksiköllä otetaan sellainen teho, jolla työ 1 J: ssä suoritetaan loppuun 1 sekunnissa. Tätä tehoyksikköä kutsuttiin watteiksi (W): 1 W \u003d J / s

Tehoyksiköitä, kuten kilowattia (1 kW \u003d 10 3 W) ja megawattia (1 MW \u003d 10 6 W), käytetään myös usein.

Ratkaisemme ongelman saadaksesi kuvan yksiköistä.

Ratkaislaan ongelma

Mitä voimaa kehittää 50 kg painava opiskelija, joka juoksee ensimmäisestä kerroksesta viidenteen puolessa minuutissa? Lattian korkeuden oletetaan olevan 3 m.

Ihmisen mielen "voima".   Joten, henkilö voi kehittää voimaa kaikissa kymmenissä ja satoissa watteissa. Mutta ihmismielen luomien moottoreiden teho on tuhansia, miljoonia ja jopa miljardeja kertoja suurempi kuin ihmisen itse (kuva 26.1). Esimerkiksi henkilöauto saavuttaa 100 kW ja suuri matkustajakone - 100 MW. Suurinta tehoa nykyään kehittävät avaruusrakettimoottorit - satoja tuhansia MW.

Kuva 26.1. Ihmisen voiman vertailu hänen luomiensa moottorien voimaan

Kuinka ilmaista voimaa voiman ja nopeuden avulla? Kuljettu matka s ilmaistaan \u200b\u200bnopeudella v ja ajana t kaavalla s \u003d vt. siksi

Siten teho on yhtä suuri kuin voimamoodin ja nopeuskerroksen tulo.

Siksi voiman lisäämiseksi samalla moottorin teholla on välttämätöntä vähentää nopeutta. Siksi kuljettaja siirtyy nouseessa ensimmäiselle nopeudelle: moottorin vetovoiman lisäämiseksi samalla voimalla on välttämätöntä vähentää liikkeenopeutta.

Mitä lyhyempi aika, jonka aikana teemme joitain. työ, sitä enemmän voimaa luomme. Teknologiassa koneen teho mitataan yleensä hevosvoimana (hv). Viime aikoina toista tehomittaa, kilowattia (kW), on käytetty yhä enemmän.

Yritetään mitata voima, jota ihminen kehittää, juoksemalla portaita ylös. Tätä varten tarvitaan yksinkertaisin työkalu: viivain ja sekuntikello.

Oletetaan, että henkilö juoksee portaita ylös niin nopeasti kuin pystyy. Me kirjoitamme kaikki numerot, joita tarvitsemme tehon mittaamiseksi. Oletetaan, että portaikossa on kaksikymmentä askelta. Jokaisen niistä korkeus on 18 senttimetriä. Pankaamme merkille aika, jonka henkilö vietti näiden kahdenkymmenen vaiheen suorittamiseen. Oletetaan, että se on 2,8 sekuntia (jos sekuntikelloa ei ole, voit mitata ajan riittävän tarkkuudella ja tavallisilla tunneilla). Otetaan huomioon henkilön paino 60 kilogrammaa.

Laske nyt teho. Tiedämme, että yhden kilogramman painon nostamiseksi 45 asteen leveydessä tarvitaan 1 kilogramman voima. Jos nostamme tällaisen painon yhden metrin korkeudelle, 1 kg: n käyttämä voima toimii koko 1 metrin polulla. Tässä tapauksessa käytetty työ on 1 kilogramma metriä (kgm). Maantieteellisellä vyöhykkeellämme (Saksa sijaitsee 47: n ja 55: n välissä samansuuntaisesti) yhden kilogramman painon nostamiseen tarvittava työ on melkein täsmälleen yhden kilogramman metri.

Myös silloin, kun nostovoima oli 10 kiloa, mutta se toimi 1/10 metrin matkalla, työ oli myös 1 kilometriä. Työ painojen nostamisessa voidaan laskea joka tapauksessa, jos kerrotaan käyttämämme voima, kilogrammoina, nostokorkeudella metreinä.

Esimerkissämme nostokorkeus oli:
  18 cm x 20 \u003d 360 cm \u003d 3,60 m.

Tässä tapauksessa suoritetun työn arvo on:
  60 kg X 3,6 m \u003d 216 kg.

Yhden sekunnin sisällä tehtyä työtä kutsutaan voimaksi. Kun 75 kilogramman työ on valmis sekunnissa, sanotaan, että voima kehittyy yhdellä hevosvoimalla. Koska esimerkissämme henkilö kiipesi tikkaisiin 2,8 sekunnin ajan ja samalla työ saatiin päätökseen 216 kilogrammalla, yhden sekunnin aikana työ oli 216 / 2,8 kiloa. Tämä vastaa 216 / (2,8 X 75) hevosvoiman tehoa.

Siksi selvisimme, että ihminen voi helposti, vaikka vain lyhyen aikaa, kehittää 1 hevosvoiman voiman. Pidemmällä jännitteellä ihminen kehittää suurimmaksi osaksi tehoa enintään 1/3 hevosvoimasta. Normaalissa fyysisessä stressissä ihmisen voima ei ylitä keskimäärin 1/10 hevosvoimaa.

Yhteenvetona on todettava, että ilmaisu ”hevosvoimaa” ei ole aivan tarkka, koska edes hevonen ei kehitä yhden hevosvoiman tehoa huomattavan ajan. Hevosten keskimääräinen teho ei ylitä 2/3 hevosvoimasta. 1 kilowatti vastaa noin 1,4 hevosvoiman tehoa.

Kun kyse on koneista, moottoreista ja erilaisista työn suorittamiseen suunnitelluista mekanismeista, on erittäin tärkeää tietää, kuinka nopeasti työ saadaan päätökseen. On selvää, että esimerkiksi yksi nosturi nostaa yhden tonnin kuorman 10 minuutissa ja toinen tekee saman 0,5 minuutissa, niin toinen niistä tulisi olla suositeltavampi, koska se suorittaa työn 20 kertaa nopeammin. Siksi jokaiselle työtä tekevälle koneelle on ominaista erityinen määrä, nimeltään teho.

Koneen tai mekanismin teho on yhtä suuri kuin täydellisen työn suhde aikaan, jonka aikana se on valmis.

Jos virta on merkitty kirjaimella

Yllä olevasta kaavasta käy ilmi, missä yksiköissä teho mitataan. SI-yksikköjärjestelmässä, jossa työ mitataan jouleina (j) ja aika sekunteina, tehoyksikkö on 1 j / s (joulea sekunnissa). Tällaisella yksiköllä on erityinen nimi - wattia (wattia):

Tämä on suhteellisen pieni yksikkö. Teknologiassa he käyttävät yksikköä usein 1000 kertaa watin teho. Tämä on kilowatti (kW). Ja joskus yksikköä käytetään, miljoona kertaa iso watti, - megawattia

GHS-yksikköjärjestelmässä työ mitataan ergeinä ja aika sekunteina. Siksi tämän yksikköjärjestelmän tehoyksikkö on 1 erg / s.

Annamme esimerkin. Maailman suurimmassa Krasnojarskin vesivoimalassa vesijohto laskee joka sekunti 100 m korkealta joka sekunti. Luonnollisesti tangon teho on yhtä suuri kuin työ, jonka painovoima tekee tälle vesimassalle 1 sekunnissa:

Koska saamme:

Jos teho tunnetaan, niin työ A, joka suoritetaan ajan kuluessa, ilmaistaan \u200b\u200bkaavalla

Tästä seuraa, että työyksiköllä voidaan pitää työtä, joka suoritetaan yhden sekunnin ajan 1 watin teholla. Tällaista työyksikköä kutsutaan watin sekunniksi.

Mutta joule, ja siksi watin sekunti, ovat liian pieniä yksiköitä. Käytä usein suurempia yksiköitä - kilowattituntia ja megawattituntia

Jos lentokoneen, laivan, raketin, auton moottoreiden työ on yhtä suuri kuin vastusvoimien työ, niin liike on tasainen, ts. Se tapahtuu vakionopeudella. Mutta mikä on

tämän nopeuden suuruus? Mistä se riippuu? Näemme nyt, että nopeus riippuu voimasta.

Itse asiassa

siksi,

Asenne on kehon nopeutta. siksi

Tästä kaavasta voidaan nähdä, että vakiovoimalla nopeus on sitä suurempi, mitä suurempi moottorin teho on.

Siksi suurnopeusjunat ja autot tarvitsevat suuritehoisia moottoreita. Itse asiassa monissa tapauksissa voima ei ole vakio, vaan kasvaa nopeuden kasvaessa.

Viidennessä luvussa (§ 50) näimme, että suurilla nopeuksilla, joilla alukset ja lentokoneet liikkuvat, ilman ja veden vastusvoima (nestemäinen kitka) on verrannollinen nopeuden neliöön. Tämä voidaan ilmaista kaavalla, jossa on suhteellisuuskerroin.

Korvaamalla kaavassa voiman arvon sijasta saamme lausekkeen

Siksi lentokoneiden ja laivamoottoreiden teho ei ole verrannollinen ensimmäiseen asteeseen, vaan nopeuskuutioon. Jos esimerkiksi tarvitaan lentokoneen nopeuden kaksinkertaistaminen, sen moottorien tehoa on lisättävä kahdeksan kertaa. Siksi jokaiselle uudelle menestykselle lentokoneiden, alusten ja muiden kuljetusvälineiden nopeuden kasvattamisessa annetaan niin vaikeuksia.

Kaava osoittaa myös, että jos moottorin teho N on vakio, niin moottorin toiminnasta johtuvaan liikkuvaan kappaleeseen kohdistuva voima on suurempi alhaisilla nopeuksilla kuin suurilla. Siksi auton kuljettaja vaihtaa moottoria alhaiseen nopeuteen kiipeäessään ylämäkeen, kun tarvitaan suurinta pitoa.

Tehtävä 1. Mitä keskimääräistä voimaa 70 kg painava ihminen kehittää, kun hän ajaa tikkaita 10 metriä korkeaa 15 sekunnissa?

Päätös. Kiipeämällä portaita, mies tekee työn

Siksi sen voima

Korvaamalla arvot saamme:

Tehtävä 2. Mitä massaa nosturi voi nostaa nopeudella 12 kW? Päätös. Tehokaavasta

6. 8 kW: n moottorilla varustettu nosturi nostaa kuorman vakionopeudella. Mikä on kuorman massa?

7. Akseli koneistetaan sorvalla. Koneen moottorin kehittämä teho on 3 kW. Mitä työtä tehdään, kun akseli on valmistettu 2 minuutissa?

8. Mitä työtä vesivoimala tekee vuoden aikana, jos sen generaattoreiden keskimääräinen kapasiteetti on 2,5 MW?

9. 200 kg painava auto liikkuu vaakasuoraa tietä nopeudella 72 km / h. Liikekestävyyslujuus on 0,05 sen painosta. Selvitä, mitä voimaa moottori kehittää tekemällä niin?