Hur man beräknar effekt i hästkrafter eller watt, vad dessa termer betyder och varför dessa termer är viktiga.
Steg
Steg 1. Granska grunderna
Ordet power definieras som tidsintervallet för arbete. Samtidigt är arbete en gammal term för att mäta hur effektiv en applicerad kraft är för att flytta ett inert föremål eller möta ett hinder eller annat hinder och täcka ett avstånd.
- Poängen här är att för att utföra "arbete" måste en kraft resa en sträcka. Till exempel, om en propeller med en kraft på 300 N förflyttar ett fartyg i vatten 80 m, är det utförda arbetet FORCE x DISTANCE = 300 x 80 = 24000 "Nm/Joule" --- så kan man säga att propellern propellern har gjort 24 000 Joule arbete.
- Tänk på hur lång tid det tar att flytta fartyget så långt. Antag att fartyget färdas detta avstånd med en hastighet av 20 m per sekund (m/s). För att täcka ett avstånd på 80 m tar fartyget 80/20 = 4 sekunder. Så, fartygets propeller gör 24 000 Joule arbete på 4 sekunder, så kraft appliceras med en hastighet av 24 000/4 = 6 000 Joule per sekund (J/s).
-
Förstå den historiska bakgrunden till tidpunkten. Tidigare innan bensinmotorer och ångkraft användes för att driva de första tågen och fartygen (det första fartyget som använde en propeller var HMS Storbritannien vars första resa ägde rum 1846 och använde en propeller med 6 blad, som ser ut som en väderkvarn), gör hästarna ett mycket ansträngande och varierat jobb. Unikt mäter människor hur mycket ansträngning en häst kan göra och beräknar tiden. Efter att ha sökt efter genomsnittet för ett antal försök bestämde de sig för 746 J/s som standardhastighet för en frisk häst. Senare blev denna standard känd som "hästkrafter". 746 Joule per sekund till en hästkrafter (hk). Detta är fortfarande sant idag.
746 X 60 = 44.760 Joule per minut, vilket är lika med: en hk
- En annan universell kraftenhet, nu i allmänhet begränsad till elektronisk och elektrisk utrustning och baserad på MKS (meter-kilogram-sekund/sekund) metriska system, är "watt". Om en kraft Newton färdas en sträcka av en meter, har en joule arbete utförts; om kraften tar en sekund att utföra en joule av detta arbete, är strömförbrukningen en watt. Så en watt är en joule per sekund.
Steg 2. Tänk på branschen i behov vid denna tidpunkt
I de flesta fall inom industrin arbetar vi med roterande maskiner och inte maskiner med rak rörelse som en häst som plogar med en harv på 160 000 m² mark. Så vi borde kunna bestämma uteffekten för saker som elektriska motorer, ångmotorer, turbiner, dieslar, etc., och därmed lär vi oss ämnet för vridmoment.
- Vridmoment är ett mått på tendensen att ändra riktning eller rotera något eller ge rotationsrörelse till ett objekt på vissa axlar. Om du trycker på handtaget på en femmeters spak med en kraft på 20 Newton, applicerar du ett vridmoment på 5 X 20 = Newton-meter.
- Här är svårigheten och kan leda till förvirring. För att beräkna linjärt arbete på en rak linje multiplicerar du kraften med förskjutningen. Återigen multiplicerar du kraften i samma enheter som förskjutningen, men i detta fall är förskjutningen "hävstångsarmen" och även om du producerar vridmoment, såvida inget roterar, finns det ingen rörelse och därmed inget arbete.
- Arbete och vridmoment, även om de verkar mätas i samma enhet, är faktiskt väldigt olika. Inget arbete utförs innan vridmomentet ger verklig rotation, och därför används ingen kraft.
- Arbetet mäts i Joule (J) medan vridmomentet mäts i Newton.meters (Nm) för att skilja mellan de två.
Steg 3. Mät arbetet om det finns någon rörelse eller roterande "förskjutning"
Antag att en spak är ordentligt låst vid stödpunkten som slutar i en axel och din hand, med 20 N kraft som tidigare, färdas ett avstånd av två meter längs cirkeln som representeras av fem meter spaken, sedan utförs arbete, som i fallet med en rak linje ovan. ovan, lika med kraft gånger förskjutning eller 20 X 2 = 40 Newtonmeter. Antag att du samtidigt multiplicerar och dividerar detta tal med den 5 meter långa spaken eller "spakarmen". Uppenbarligen kommer detta inte att förändra resultatet, så du kan skriva:
- Arbeta = 5 X 20 X 2/5 och resultatet är 40 Joule som tidigare, men är 5 X 20 över det? Du såg precis att det är vridmoment.
- Vad är "2/5"? Den linjära förskjutningen på 2 meter dividerat med spakarmen, berättar hur långt du vände axeln i vinkel enheter som kallas radianer. En radian, som används universellt inom fysik och maskinteknik, definieras som vinkeln mellan två radier i en cirkel så att punkterna på omkretsen av en cirkel där de två radierna skär varandra separeras av längden på cirkelns radier. Denna beräkning är mycket nära 57 grader eller är också vinkeln som bildas i mitten av cirkeln av en båge som är lika med cirkelns radie vid cirkelns omkrets.
-
Så du kan säga att arbetet som utförs med ett vridmoment som ger en rotationsförskjutningsradian (theta) är lika med vridmomentet (L)
- gånger rotationsförskjutningen eller
- arbete = L X theta i joule
Steg 4. Lägg märke till att du är mycket mer intresserad av mängden hästkrafter i motorns och motorns rotation, dvs tidsintervallet för rotationsarbetet:
- rotationseffekt = vridmoment X vinkelförskjutning (radianer)/tid (sekunder)
-
Inom fysiken skrivs vinkelhastigheten i radianer per sekund, men alla motor- eller flygplan eller skeppsmotorer du ser mäts alltid i varvtal (varv per minut), så vi måste ändra det.
- Ett varv per minut (rpm) = 60 varv/sekund = 60 varv, men ett varv per sekund = 2 X pi radianer per sekund
- Så effekten i Joule per sekund hos en roterande apparat, som producerar ett vridmoment, L och roterar med en hastighet S rpm, är
- Effekt = S/60 X (2 pi) X L i J/s och som tidigare skrivits, för att konvertera den till hästkrafter, måste du dividera med 746 eller
- Motorhästkrafter = (2 pi) /44.760 X L X S där L är vridmomentet mätt i Newtonmeter (vanligtvis med en Prony -broms) och S är varvtalet i varvtal som kan mätas med en räknare, stroboskop, laser etc. På detta sätt kan bil- och motorcykelmotors prestandakurvor avbildas i form av ett diagram över vridmoment kontra varvtal. och effekt (hk) kontra motorvarvtal i varvtal och biltekniker kan se sin optimala prestanda från dessa diagram.
