Формула мощности двигателя – Формула вычисления мощности двигателя. Характеристики двигателя. Мощность, крутящий момент, топливная экономичность

Мощность момент — Энциклопедия журнала «За рулем»

Может ли бульдозер обогнать «формулу 1»? Может, но только на очень короткой дистанции

Часто эксперты автомобильных изданий, рассказывая о выдающейся динамике машины, в первую очередь превозносит огромный крутящий момент двигателя, оставляя мощности роль второго плана. Мол, благодаря именно моменту машина ровно и напористо разгоняется в широком диапазоне оборотов и скоростей. Особенно востребовано это качество на высших передачах, – ведь тяговые силы и ускорения на них в любом случае не столь велики, как на первой или второй передаче. А для безаварийного движения в потоке транспорта возможность быстро прибавить скорость зачастую играет судьбоносную роль. Ездить на таком автомобиле даже психологически легче. И все же, когда нужно быстрей разогнаться, что важней – мощность или крутящий момент?
Сразу отметим: чаще всего эти два параметра «конфликтуют»… в головах журналистов, охотно повторяющих признанные публикой «истины» без какого-либо их анализа. На самом же деле смешно рассматривать мощность в отрыве от крутящего момента и наоборот. Первая показывает энергию, ежесекундно вырабатываемую двигателем, тогда как крутящий момент – всего лишь силовой фактор, показывающий, как нагружен при работе коленчатый вал. Крутящий момент может существовать и сам по себе, без мощности. Например, при неожиданной остановке перегруженного двигателя на крутом подъеме, в песке, при буксировке тяжелого прицепа в какой-то миг момент еще есть, а движения уже нет. А в некоторых механизмах можно обнаружить и длительно действующий на какой-нибудь вал момент, удерживающий его от поворота. Например, в рулевом механизме, когда мы лишь удерживаем управляемые колеса в нужных положениях, тогда как дорога пытается их нарушить. А самый типичный пример: пытаясь открутить «прикипевший» болт, ключ удлинили метровой трубой, – а болт ни с места. Момент огромный, а работа не идет. А коли нет работы – то нет и мощности.

Тут впору вспомнить школьную физику. Нарисуйте круг радиуса R – это будет сечение вала – и приложите к нему «касательную» силу

F. Крутящий момент этой силы М = F • R. За один оборот вала сила F пройдет путь 2πR – и выполнит работу: А = F • R • 2π = М • 2π. А работа за n оборотов: А = М • 2π • n. Если n – число оборотов в минуту, то работа за одну секунду – то есть, мощность – составит N = М • 2πn /60.
Выражение 2π n /60 = 0,1047 n = ω – угловая скорость вала. Итак, N = М • 0,1047 n (Формула [1]).
Но мы имеем дело не только с вращающимися деталями, но и движущимися линейно. В этом случае в формуле (1) момент М заменим силой F, а угловую скорость ω – линейной v. Получим: N = F • v (Формула [2]).
Эти формулы равноправны. Замерив, например, тяговую силу колес, умножим на достигнутую машиной скорость – и найдем затрачиваемую мощность. Но если крутящий момент на ведущей оси умножить на угловую скорость колес, получим то же самое.
Итак, мощность – это работа (или энергия) израсходованная или произведенная за 1 секунду. Конечно, о «законе сохранения энергии» знает каждый. Говоря по пионерски, она «не возникает из ничего», но и не исчезает, не оставив следа. Так, лишь около четверти тепловой энергии, получаемой двигателем от сгорания топлива, превращается в механическую, соответствующая мощность (эффективная) тратится на движение машины. Большая же часть полученной в цилиндрах двигателя теплоты идет на «обогрев» окружающего нас мира.
Эффективная мощность тоже доходит до ведущих колес не вся – до 15 % ее может рассеять в виде тепла трение в узлах и агрегатах трансмиссии. Но для нас важней другое: если при открытом дросселе (или при полной подаче топлива в дизель) двигатель выдает на колеса сколько-то киловатт, то это – его «потолок». Никакими простыми механизмами вроде коробок передач, редукторов и т. п. превысить эту величину невозможно – этого «закон сохранения» не допустит.
Итак, крутящий момент – это удобный для нас «инструмент», связывающий процессы в двигателе с трансмиссией машины и ведущими колесами. Но не более того! Ракетчики, например, запрягают пламя напрямую, получают гигантские тяги и мощности, но о крутящих моментах вспоминают лишь в расчетах турбонасосных агрегатов, – да и то, если двигатели не твердотопливные!
Из формулы (1) видно, что для получения достаточной мощности вовсе не обязателен огромный крутящий момент, ведь в произведении два сомножителя. Почему бы, например, не увеличивать мощность при постоянном моменте, наращивая угловую скорость в каком-то диапазоне оборотов? При этом мощность растет по оборотам линейно. А постоянство момента в заданном диапазоне – не чудо, которым некоторые почему-то восторгаются, а всего лишь признак
постоянства тяговых сил
. Если пренебречь сопротивлением воздуха (к примеру, на первой передаче оно невелико), то и ускорение машины в этом диапазоне постоянное. Это довольно удобно для водителя. Но спросим себя: если бы в начале диапазона момент был таким же, а ближе к пресловутым «верхам» стал больше, стал бы с таким «подхватом» автомобиль хуже? – Вряд ли. Разве только что-нибудь нарушилось бы в смысле экологии.
Мощность можно менять и при постоянных оборотах. Пример: мы ехали со скоростью 90 км/ч по горизонтальному шоссе, а с началом подъема, дабы сохранить скорость, пришлось больше открыть дроссель. Это увеличение момента в чистом виде.
Итак, имеем дело с формулой (1). К примеру, перед нами скромный двигатель грузовика с моментом 35 кгм при оборотах 3000 в минуту. Какова мощность? Тут отметим, что в расчетах всегда важен правильный выбор единиц измерений параметров
. Угловую скорость измеряют в 1/сек. А момент? – В старых единицах это кгм. Получаем: N = 35 кгм . 0,1047 . 3000 1/сек = 10993 кгм/сек ≈ 146,6 л.с. А в современной системе СИ: 35 кгм = 343,35 Нм. Тогда N = 343,45 Нм • 0,1047 • 3000 1/сек ≈ 107846 Вт.
На всякий случай напомним, что 1 лс = 75 кгм/сек = 75 • 9,81 Нм/сек = 735,75 Вт. Поэтому 107846 Вт ≈ 146,6 л.с.
А теперь прикинем мощность «формульного» двигателя с таким же скромным моментом, но при оборотах 18 тысяч! Результат – 880 л.с. (647 кВт), которые обеспечивают машине роскошную динамику. Никакого чуда нет: чем больше циклов совершит наш «моментик» за одну секунду, тем больше и совершенная им работа. Еще пример. В авиатехнике ныне практически господствуют газотрубинные двигатели. Повторив наш расчет для небольшого двигателя, с оборотами свободной турбины 40 тысяч в минуту, получим мощность около 1950 л.с. или 1438 кВт. Момент турбины невелик, но ведь воздушный винт приводится от нее не напрямую, а через редуктор, – а уж «мощи» ему хватает!
Но вернемся к автомобилю. Как уже сказано, любому комфортней ездить на машине, у которой под капотом достаточно и мощности, и момента. Но многим приходится ездить на скромных авто, возможности коих, как нынче говорят, «очень бюджетные»! Всякий, кто не умеет вовремя переключать передачи, с ними испытывает неприятности. Значит, надо учиться, друзья. Ну а что делать владельцу авто с АКП? На смену недовольству двигателем зачастую приходят претензии к автомату. Нередко – справедливые, ведь у АКПП тоже случаются специфические болячки, требующие ремонта. Но часто они оказываются не обоснованными: современный автомобиль, насыщенный электроникой и настроенный изготовителем на строгое выполнение жестких экологических норм, вовсе не обязан подстраиваться под любую российскую лихость!
Гусеничному трактору дернуться и оборвать сцепку – плевое дело. Это похоже на выстрел из ружья – можно на миг и «формулу I» опередить. А дольше – никак. Ружье от ракеты отличается
принципиально
: последняя сохраняет нужное ускорение достаточно долго. В свое время, при стартах к Луне гигант «Сатурн 5» массой свыше 3100 т отделялся от пускового устройства мягко, как пассажирский поезд, – с ускорением чуть больше 1 м/сек2. А минут через пять, по мере выгорания топлива, настолько «терял в весе», что его скорость перед выключением первой ступени составляла 3 км/сек.
Низшая передача бульдозера крайне «коротка»: чуть «перекрутил» – тяга упала. А другие не лучше, – вон и «формула» уже растворилась за горизонтом, так что для серьезных игрищ «мощи» на гусеницах маловато.
Если пренебречь разницей в КПД передач (она невелика), то на любой передаче машину движут одни и те же киловатты. Но движут по-разному. Момент и тяговая сила на ведущих колесах подчиняются
«золотому правилу»: сколько процентов выиграешь в скорости, столько потеряешь в силе
. Это показывают рис. 1 и 2. Если двигатель заведомо слаб, с ним сильно не разгонишься.

Рис. 1. Величины мощности N1 … N5 на ведущей оси не зависят от включенной передачи. Точки пересечения кривой Nсопр с кривыми N3, N4 и N5 дают информацию о максимальных скоростях автомобиля на этих передачах. Здесь самая скоростная на горизонтальной дороге в безветрие – четвертая.

Вся история современной транспортной техники – это непрерывная борьба за большие мощности. У наиболее знаменитых ракетоносителей они давно превысили 100 миллионов кВт. Это не ошибка — именно 100 000 000 000 Вт, или 100 ГигаВатт. И хотя притязания автомобилиста не столь велики, «прохватить» на динамичной машине всякий не прочь.
Главные враги любителя скорости – не гаишники, а силы, тормозящие движение, – от этих не откупишься! Мощность сопротивления воздуха вкупе с мощностью шинных потерь показаны на

рис. 1 линией Nсопр.
(Желающие посчитать, могут воспользоваться следующими формулами. Nсопр. = Nw + Nf. Мощность аэродинамических потерь Nw для автомобиля весом 15000 Н при плотности воздуха 1,25 кг/м3, Сх = 0,3 и лобовой площади S = 2 • м2 составляет: Nw = (0,3 • 2 • 1,25)/2 • v3 = 0,375 v3 Вт. А мощность шинных потерь Nf = 0,015 • 15000 • v = 225 v Вт. При 100 км/ч Nсопр составляет лишь 14,5 кВт. А при 200 км/ч – 77 кВт. Разница впечатляет?)
Колеса автомобиля, борясь с мощностями сил сопротивления, при максимальной скорости полностью расходуют мощность, получаемую от двигателя. Но ее характеристика (например, показанная кривой
N4
на рис.1) при полностью открытом дросселе похожа на гору с округлой макушкой, тогда как характеристика мощности сопротивлений Nсопр. поднимается как крутая парабола. Чтобы полностью использовать арсенал мощности двигателя – и получить максимум скорости V4 (на горизонтальной трассе, без ветра), передаточное число трансмиссии и размер шин подбирают так, чтобы кривая Nсопр пересекла кривую N4 возле вершины. Максимальные скорости на третьей и пятой передачах (V3 и V5) существенно ниже. Но на спуске или с ветром вдогон выгодней может стать пятая передача, а на подъеме или с ветром в лоб – третья.
Другие враги скорости – подъем дороги и встречный ветер. Подъем с углом всего 1,5% добавит к потерям в шинах еще столько же. Но еще коварней ветер. Его скорость сложится со скоростью машины относительно дороги, – и уже эту сумму в расчете затрат мощности надо возвести в куб! При скорости по спидометру 36 км/ч (10 м/сек) и ровном встречном ветре 5 м/сек мощность
Nсопр
вырастет лишь на 0,9 кВт, а вот при 180 км/ч (50 м/сек) – аж на 15,5 кВт. Но придуманный нами автомобиль так ехать не может… Маловато мощи! Максимальная скорость снизится почти на 20 км/ч.

Рис. 2 — Так зависит крутящий момент (М1….М5) или тяговая сила (Fтяг 1 …Fтяг 5) на ведущей оси от включенной передачи. При коэффициенте сцепления шин с дорогой 0,7 ведущая ось, нагруженная половиной веса машины (Gавтом = 15000 н), может создать реальную тяговую силу не больше Fмакс. доп. = 5250 Н.

На рис.2 величины крутящего момента М1…М5, а заодно и теоретические тяговые силы

F1…F5 на ведущей оси, показаны одними и теми же кривыми, – ведь тяговые силы пропорциональны моментам. Величины сил – на вертикальной оси справа. Но тут важно учесть следующее.
Разгоняет машину не вся тяговая сила, а лишь избыточная – то есть разница между полной тяговой силой колес и сопротивлением воздуха. Отношение этой силы к весу машины академик Чудаков назвал динамическим фактором D. На первой передаче сопротивление воздуха мало, его можно не учитывать – считать, что машину разгоняет полная сила Fтяг.1. Но отталкиваться от дороги сильней, чем позволяет сцепление шин, невозможно! Если, например, ведущая ось несет половину веса машины – 7500 Н, то при коэффициенте сцепления φ = 0,7 тяговая сила не может превысить 35% ее веса. Это неплохо согласуется с такой официальной характеристикой любого автомобиля как предельно возможный угол подъема. С «моноприводом» трудно получить больше. Правда, у машины с задним приводом на подъемах ведущие колеса несколько догружаются весом машины, а вот передний тут невыгоден. Лучшая схема, но сложная и дорогая, – полный привод (конечно, не с такой скромной мощностью, как у «Нивы» или УАЗа!).
Если избыточная сила (на первой передаче, например) слишком велика, машина «шлифует» дорогу. Дело нелепое, нужно перейти на следующую передачу. А вот при разработке нового авто конструктор учитывает высокую мощность двигателя и ее следствие – тяговые силы в передаточных числах трансмиссии. Передачи проектируются как достаточно «длинные», расширяющие диапазон скоростей при достаточных ускорениях. А это значит, что и при более высоких скоростях действуют нужные тяговые силы (или моменты) на колесах. Иначе говоря, реализуется весь арсенал мощности! Значит, она все же важнее.

Споры на тему влияния мощности-момента ведутся давно, и конца им не видно. Вроде бы сто раз уже объясняли самыми разными способами, что тут к чему, а воз и ныне там. Вызывает неподдельный интерес, откуда все же берется заблуждение и почему оно такое устойчивое?
Причин видится две. Одна из них в том, что мощность есть функция от момента. Зависимость мощности от момента стоит барьером, который преодолеть оказывается непросто. Что странно. Поскольку очевидность того, что мощность есть функция не только от момента, но и от оборотов, не оспаривается, и тот факт, что у разных двигателей бывает весьма большой разброс по соотношению мощности к моменту, также не подвергается сомнению. То есть существует молчаливое согласие с тем, что мощность есть функция от двух аргументов — оборотов и момента, но при этом зависимость от оборотов как бы игнорируется. Почему?
А в этом и есть вторая, главная причина заблуждения. И ключевая фраза здесь: «Человек совершенно может не иметь понятие про мощность.А вот разницу в ускорении на 3 и 4 передаче он вполне способен почувствовать.» Ясно, что на динамику автомобиля оказывают большое влияние и передаточные числа КПП. На графике 1 видны кривые мощности двигателя, смещенные в зависимости от разных передаточных чисел и кривая сопротивлений. Видно, что с ростом передаточного числа динамика резко возрастает. Это очевидно и вопросов не вызывает. Странно, что не менее очевидный факт, что бОльшая часть времени при разгоне приходится вовсе не на 1 и 2 передачи, а на 3-4, при этом упускается из виду.
При разгоне здравомыслящий водитель пользуется всеми четырьмя передачами и весьма широким диапазоном частот вращения двигателя. При этом редко задумывается о том, что динамика разгона на высокой скорости мала и плохо ощущается, но именно на нее и приходится львиная доля времени разгона (по той простой причине, повторю, что на высших передачах динамика хуже и потому занимает больше времени). Хорошо ощущается динамика разгона на низших передачах, в диапазоне низких и средних оборотов (дальше водитель двигатель раскручивает редко). И что выходит? А выходит, что «низовой», моментный двигатель дает ощущение уверенного и бодрого разгона по той простой причине, что легко и весело страгивает и начинает разгонять автомобиль. А по достижении скорости ощущения становятся слабыми, и оценить разницу в разгоне 100- и 120 сильного моторов на 4-5 передачах, способен не каждый. Потому и кажется, что момент определяет динамику. По ощущениям. А ощущениям человек склонен верить очень сильно, даже вопреки логике и здравому смыслу.

Проповедующие формулировку «скорость определяется мощностью, а динамика разгона — моментом двигателя» могут убедиться в своем заблуждении, решив простую задачу.
Вводные
1. Равномерный подъем на некоторую высоту равносилен равномерному ускорению, поскольку увеличивает потенциальную энергию тела mgh*. (что можно объяснить — чем с большей высоты упадет, тем сильней ударится).
2. Поднимаем равномерно груз весом 75 кг на высоту 1 м за 1 с.
3. Имеется черный ящик, в котором спрятан мотор неизвестной природы и, возможно, редуктор с КПД=1.
Вопросы.
1. Какая мощность должна быть в моторе, спрятанном внутри черного ящика?
2. Какой момент должен быть в моторе, спрятанном внутри черного ящика?

Подъем указанного груз на нужную высоту за время аналогичен разгону по горизонтали той же массы с ускорением g0.5.
Если ускорение определяется моментом — просто назовите цифру
Если ускорение определяется мощностью — тоже просто назовите цифру
Если цифру назвать не удается, значит параметр может быть самым разным и роли не играет.
Вы можете разгонять тело с заданным ускорением (или поднимать его вверх), меняя крутящий момент по своей прихоти (и устанавливая каждый раз соответствующий редуктор). Вы можете отталкиваться от параметров редуктора, и всякий раз требуемый момент будет меняться и зависеть от передаточного отношения этого редуктора. Но всегда мощность будет оставаться одной и той же, неизменной величиной — для подъема груза 75 кг на 1 м за 1с понадобится ровно одна лошадиная сила или 0,73549875 кВт

Можно поступить и следующим образом.
Берите любой момент, который причина разгона, берите любой редуктор и разгоните тело 75 кг до скорости 3.13 м/c за 1 с.
Ограничение только по мощности — она не должна превышать 0.9 л.с.
Есть ли решение у этой задачи? Если нет — то почему?
Ответ.
Задача не имеет решения по той простой причине, потому что невозможно обеспечить заданную динамику — для нее не хватит мощности. Каким бы ни был момент.
Вывод. Момент двигателя для разгонной динамики не имеет значения, все решает мощность.

* Пояснение Вы поднимаете 75 кг получаете от этого энергию mgh. Она преобразуется так:
поскольку a = V2 / 2h, а ускорение а у нас равно g, то V = (2hg)0.5.
Кинетическая энергия тела E = mV2/2 = m2hg/2 = mgh.

Смотри также главу Как движется автомобиль

Удельная мощность — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Удельная мощность — отношение вырабатываемой или потребляемой устройством мощности к другому конструктивному показателю (обычно массе или объёму).

Применительно к автомобилям удельной мощностью называют максимальную мощность мотора, отнесённую ко всей массе автомобиля. Мощность поршневого двигателя, делённая на литраж двигателя, называется литровой мощностью. Например, литровая мощность бензиновых моторов составляет 30…45 кВт/л, а у дизелей без турбонаддува — 10…15 кВт/л.

Увеличение удельной мощности мотора приводит, в конечном счёте, к сокращению расхода топлива, так как не нужно транспортировать тяжёлый мотор. Этого добиваются за счёт лёгких сплавов, совершенствования конструкции и форсирования (увеличения быстроходности и степени сжатия, применения турбонаддува и так далее). Но эта зависимость соблюдается не всегда. В частности, более тяжёлые дизельные двигатели могут быть более экономичны, так как КПД современного дизеля с турбонаддувом доходит до 50 %[1].

В литературе, используя этот термин, часто приводят обратную величину кг/л.с. или кг/квт.

Мощность, надёжность и другие параметры двигателей боевых машин постоянно росли и улучшались. Рассмотрим в качестве примера танки. Если на ранних моделях довольствовались фактически автомобильными моторами, то с ростом массы танков в 1920-х—1940-х гг. получили распространение адаптированные авиационные моторы, а позже и специально сконструированные танковые дизельные (многотопливные) двигатели. Для обеспечения приемлемых ходовых качеств танка его удельная мощность (отношение мощности двигателя к боевой массе танка) должна быть не менее 18—20 л. с./т..

Удельная мощность некоторых современных основных танков
Страна-производитель Модель танка Боевая масса, тонн Мощность двигателя, л.с. Удельная мощность, л.с./т Тип двигателя
Франция Леклерк 54,6 1500 27,4 дизельный двигатель
Союз ССР Т-80У-М1 46,0 1250 27,2 газотурбинный двигатель
Украина Т-84 46,0 1200 26,08 дизельный двигатель
США М1А2 Aбрамс 62,5 1500 24,0 газотурбинный двигатель
Германия Леопард-2А5 62,5 1500 24,0 дизельный двигатель
Россия Т-90С 46,5  1000 21,5 дизельный двигатель
Израиль Меркава Mk.3 60,0 1200 20,0 дизельный двигатель
Великобритания Челленджер-2 62,5 1200 19,2 дизельный двигатель

Как рассчитывается мощность двигателя?

Лошадиные силы двигателя автомобиля не измеряются лошадьми на практике, и это очевидно. Но как рассчитать мощность двигателя автомобиля другим способом? Всё очень просто: если Вы хотите узнать, сколько лошадиных сил в двигателе машины, Вы подключите двигатель к специальному динамометру. Динамометр создаёт нагрузку на двигатель и измеряет количество энергии, которое может развить двигатель против нагрузки. Но, тем не менее, чтобы рассчитать мощность двигателя, есть ещё один шаг, который необходимо преодолеть, и об этом мы сейчас поговорим.

Крутящий момент

Представьте себе, что у Вас есть большой торцевой гаечный ключ с ручкой на нём в 1 метр длиной, и Вы надавите на него весом 100 грамм. То, что Вы делаете, называется применением крутящего момента, у которого также есть своя единица измерения, и в данном случае она рассчитывается как 1 ньютон*метр (Н*м), потому что Вы давите 100 граммами (что примерно равно 1 Ньютону) с «плечом» в 1 метр. Вы сможете получить тот же 1 Н*м, если, к примеру, надавите весом в 1 кг на торцевой ключ с длиной ручки в 10 см.

Аналогично, если Вы вместо торцевого ключа приложите вал двигателя, то двигатель даст некоторый показатель крутящего момента на вал. Динамометр измеряет этот крутящий момент. А далее Вы можете легко конвертировать крутящий момент в лошадиные силы путём простой формулы и, таким образом, рассчитать мощность машины. Формула эта выглядит следующим образом:

Мощность двигателя = (Обороты в минуту * Крутящий момент)/5252.

Вы можете получить представление о том, как динамометр работает, следующим образом: представьте, что Вы включаете двигатель автомобиля при включенной нейтральной передачей и жмёте педаль акселератора «в пол». Двигатель будет работать так быстро, что может взорваться. Это не есть хорошо, но так, при помощи динамометра Вы можете измерить крутящий момент двигателя на разных оборотах. Вы можете подключить двигатель к динамометру, нажать на педаль газа и создать в динамометре достаточное количество нагрузки на двигатель, чтобы сохранить его работу, скажем, на 7 000 оборотов в минуту. Вы записываете при это на бумагу, с какой максимальной нагрузкой двигатель может справиться. Тогда Вы начинаете применять дополнительную нагрузку, чтобы сбить скорость двигателя до 6 500 оборотов в минуту и снова записать нагрузку в новом режиме. Тогда Вы сбросите нагрузкой двигатель до 6 000 оборотов в минуту, и так далее. Вы можете сделать то же самое вплоть до критически низких 500 или 1 000 оборотов в минуту. Что динамометры делают — так это фактически измеряют крутящий момент и далее конвертируют крутящий момент в лошадиные силы, рассчитывая мощность.

Тем не менее, крутящий момент, хоть и растёт вместе с мощностью при росте оборотов, тем не менее, не всегда значение мощности прямо пропорционально крутящему моменту. Так, если Вы построите график мощности и крутящего момента по оборотам вращения двигателя, делая отметки с шагом в 500 оборотов, то, что Вы в конечном итоге получите, является кривой мощности двигателя. Типичная кривая мощности для высокопроизводительного двигателя может выглядеть следующим образом (в примере 300-сильный мотор Mitsubishi 3000):

Данный график указывает на то, что любой двигатель имеет пиковую мощность, которую можно рассчитать динамометром — значение оборотов в минуту, при которых мощность двигателя достигает своего максимума. Двигатель также имеет максимальный крутящий момент в определённом диапазоне оборотов в минуту. Вы можете часто видеть в технических характеристиках автомобилей указание наподобие «123 л.с. при 4 600 об./мин., 155 Нм при 4 200 об./мин.». А ещё, когда люди говорят, что двигатель «низкооборотистый» или «высокооборотистый», то они имеют в виду, что максимальный крутящий момент двигателя достигается на довольно низкой или высокой величине оборотов соответственно (например, дизельные двигатели по своей природе являются низкооборотистыми, и потому (но не только поэтому) их часто используют на грузовых автомобилях и тракторах, а вот бензиновые двигатели, напротив, высокооборотистые).

Как мы видим, рассчитать мощность двигателя машины является не такой уж и сложной задачей для специалистов, вооружённых динамометром.

Урок физики «Мощность»

Цели урока:

  • Познакомиться с мощностью как новой физической величиной;
  • Развивать умения выводить формулы, пользуясь необходимыми знаниями прошлых уроков; развивать логическое мышление, умение анализировать, делать выводы;
  • Применять знания по физике в окружающем мире.

Ход урока

«И вечный бой! Покой нам только снится
Сквозь кровь и пыль…
Летит, летит степная кобылица
И мнет ковыль…
И нет конца! Мелькают вёрсты, кручи…
Останови! …Покоя нет! Степная кобылица несется вскачь!»

А.Блок «На поле Куликовом» (июнь 1908 г). ( Слайд 1).

Урок сегодня я хочу начать с вопросов к вам. (Слайд 2).

1. Как вы думаете, имеет ли какое-то отношение лошадь к физике?

2. С какой физической величиной связана лошадь?

Мощность – правильно, это и есть тема нашего урока. Запишем ее в тетрадь.

Действительно, мощность двигателей автомобилей, транспортных средств до сих пор измеряют в лошадиных силах. Сегодня на уроке мы с вами узнаем всё о мощности с точки зрения физики. Давайте подумаем вместе и определим, что мы должны знать о мощности, как о физической величине.

Существует план изучения физических величин: ( Слайд 3).

  1. Определение;
  2. Вектор или скаляр;
  3. Буквенное обозначение;
  4. Формула;
  5. Прибор для измерения;
  6. Единица величины.

Этот план и будут целью нашего урока.

Начнем с примера из жизни. Вам необходимо набрать бочку воды для полива растений. Вода находится в колодце. У вас есть выбор: набрать при помощи ведра или при помощи насоса. Напомню, что в обоих случаях механическая работа, совершенная при этом будет одинаковой. Конечно же, большинство из вас выберут, насос.

Вопрос: В чем разница при выполнении одной и той же работы?

Ответ: Насос выполнит эту работу быстрее, т.е. затратит меньшее время.

1) Физическая величина, характеризующая быстроту выполнения работы, называют мощностью. ( Слайд 4).

2) Скаляр, т.к. не имеет направления.

3) N.

4)

5) [N] = [ 1 Дж/с] = [1Вт ]

Название этой единицы мощности дано в честь английского изобретателя паровой машины (1784г) Джеймса Уатта. ( Слайд 5).

6) 1 Вт = мощности, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж. ( Слайд 6).

Самолеты, автомобили, корабли и другие транспортные средства движутся часто с постоянной скоростью. Например, на трассах автомобиль достаточно долго может двигаться со скоростью 100 км/ч. ( Слайд 7).

Вопрос: от чего зависит скорость движения таких тел?

Оказывается, она напрямую зависит от мощности двигателя автомобиля.

Зная, формулу мощности мы выведем еще одну, но для этого давайте вспомним основную формулу для механической работы.

Учащийся выходит к доске для вывода формулы. ( Слайд 8).

Пусть сила совпадает по направлению со скоростью тела. Запишем формулу работы этой силы.

1.

2.При постоянной скорости движения , тело проходит путь определяемой формулой

Подставляем в исходную формулу мощности: , получаем — мощность.

У нас получилась еще одна формула для расчета мощности, которую мы будем использовать при решении задач.

Эта формула показывает ( Слайд 9), что при постоянной мощности двигателя, изменением скорости можно менять силу тяги автомобиля и наоборот, при изменении скорости автомобиля можно менять силу тяги двигателя.

При N = const

v > , F <.

v < , F >.

Вопрос. Когда нужна большая сила тяги?

Ответ:

а)При подъеме в гору. Правильно, тогда водитель снижает скорость.

б) При вспашке земли тракторист движется с малой скоростью, чтобы была большая сила тяги. Для этого водитель, тракторист, машинист, токарь, фрезеровщик часто используют коробку передач, которая позволяет менять скорость. ( Слайд 10).

Мощность всегда указывают в паспорте технического устройства. И в современных технических паспортах автомобилей есть графа:

Мощность двигателя: кВт / л.с.

Следовательно, между этими единицами мощности существует связь.

Вопрос: А откуда взялась эта единица мощности? ( Слайд 11).

Дж. Уатту принадлежит идея измерять механическую мощность в «лошадиных силах». Предложенная им единица мощности была весьма популярна, но в 1948 г. Генеральной конференцией мер и весов была введена новая единица мощности в международной системе единиц – ватт. ( Слайд 12).

1 л.с. = 735,5 Вт.

1 Вт = ,00013596 л.с.

Эта единица мощности была изъята из обращения с 1 января 1980 г.

Примеры мощностей современных автомобилей. ( Слайд 13,14).

Различные двигатели имеют разные мощности.

Учебник, страница 134, таблица 5. [1]

Вопрос: А какова мощность человека?

Текс учебника, § 54. Мощность человека при нормальных условиях работы в среднем составляет 70-80 Вт. Совершая прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Вт, а в отдельных случаях и большую.[1]

Вопрос: А чем «живые двигатели» отличаются от механических? ( Слайд 15).

Ответ: Тем, что «живые двигатели» могут изменять свою мощность в несколько раз.

Закрепление материала.

1.Расскажите все, что вы знаете о мощности. Ответ по плану изучения физической величины.

2. Упр. 29, задача №6. ( Слайд 16).

Дано: СИ Решение:
m = 125кг   N = A / t
h = 70 см 0,7 м A = F s s = h
t = 0,3 с   F = P = mg
    N = mgh / t
N — ?   N = 125 кг · 9,8 Н/ кг · 0,7 м / 0,3 с= 2858,3 Вт ≈ 2,9 кВт

Ответ : N ≈ 2,9 кВт.

Домашнее задание: ( Слайд 17).

  1. § 54.
  2. Записать формулы мощности в таблицу формул.
  3. Упр. 29 (2,5) – 1 уровень.
  4. Упр. 29 (1,3) – 2 уровень.
  5. Упр. 29 (1,4) – 3 уровень.
  6. Задание 18 – на дополнительную оценку ( на листочках).

Литература:

  1. А.В. Перышкин «Учебник физики для 7 класса», Дрофа, Москва, 2006.
  2. А. Блок «На поле Куликовом».
  3. 1C: Школа Физика 7 класс

Моторы Формулы-1 — Википедия

С момента возникновения в 1949 году в Формуле-1 применялись различные двигатели.

1949—1953[править | править код]

В этот период команды могли использовать атмосферные двигатели объёмом 4,5 л, либо двигатели с нагнетателем объёмом до 1,5 литров. Мощность достигала 425 л.с. (317 кВт).

  • Alta Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем)
  • Alfa-Romeo Р8 1,5 л (с механическим нагнетателем)
  • Bristol Р6 2,0 L
  • BRM V16 1,5 л (с механическим нагнетателем)
  • ERA Р6 1,5 л (с турбонагнетателем)
  • Ferrari Р4 2,0 л (F2), V12 1,5 л (с механическим нагнетателем), V12 2,0 л (F2) и V12 4,5 л
  • Lea-Francis Р4 2,0 л (F2)
  • Maserati Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем) and Р6 2,0 л (F2)
  • O.S.C.A. V12 4,5 л
  • Simca-Gordini Р4 1,5 л (с механическим нагнетателем)
  • Talbot-Lago Р6 4,5 л

1954—1960[править | править код]

Объём двигателей был понижен до 2,5 л для атмосферных и до 750 см³ для компрессорных. Но ни одна из команд не стала использовать двигатели с нагнетателем. В Формуле-2 тогда использовались 2-литровые двигатели. Это давало возможность не проектировать новые двигатели, а просто увеличить объём старых моторов.

  • Alta Р4 2,5 л
  • Aston Martin Р6 2,5 л
  • BRM Р4 2,5 л
  • Coventry Climax Р4 2,0 л и Р4 2,5 л
  • Ferrari Р4 2,5 л и V6 2,5 л
  • Lancia V8 2,5 л (после ухода Lancia из Формулы-1 эти двигатели использовали в Ferrari)
  • Maserati Р4 2,5 л,Р6 2,5 л и V12 2,5 л
  • Mercedes Р4 2,5 л
  • Offenhauser Р4 1,7 л
  • Scarab Р4 2,5 л (разработан Offenhauser)
  • Vanwall Р4 2,5 л

1961—1965[править | править код]

В 1961 были вновь изменены требования к двигателям. Теперь можно было использовать только атмосферные двигатели объёмом 1,5 литра. Мощность колебалась от 150 до 225 л.с.

  • ATS V8 1,5 л
  • BRM V8 1,5 л
  • Coventry Climax Р4 1,5 л, V8 1,5 л и h26 1,5 л (никогда не участвовал в гонках)
  • Ford Р4 1,5 л
  • Ferrari V6 1,5 л, V8 1,5 л и h22 1,5 л
  • Honda V12 1,5 л
  • Porsche h5 1,5 л и H8 1,5 л (оба воздушного охлаждения)
  • Maserati Р4 1,5 л и V12 1,5 л (никогда не участвовал в гонках)

1966—1986[править | править код]

В 1966 вступили в силу новые правила. Объём двигателей увеличили до 3,0 л для атмосферных и 1,5 л для двигателей с нагнетателем. Это вызвало недовольство многих команд. В 1966 Coventry Climax, чьи 1,5 литровые моторы использовали многие команды была куплена компанией Jaguar. Поставки двигателей для команд Формулы-1 были прекращены. Командам пришлось искать новых поставщиков. Так Cooper перешли на двигатели Maserati, устаревшей конструкции. Brabham обратились к австралийской Repco, а Lotus заключили договор с BRM о поставках двигателя BRM-75. В 1967 появился серийно выпускаемый Cosworth DFV, что позволило принять участие в чемпионате мира небольшим производителям. В 1977 появился турбированный двигатель Renault-Gordini V6 Turbo. Мощность двигателей была от 390 до 500 л.с., а для турбированных от 500 до 900 л.с. в гонке и до 1000 л.с. во время квалификации. Также регламент 1966 года допускал роторно-поршневые и газотурбинные двигатели, с любыми параметрами. Роторно-поршневые так и не появились, а газотурбинный турбовальный двигатель стоял на Lotus 56B, но показал свою несостоятельность из-за высокого расхода топлива и турболага.

  • Alfa Romeo V8 1,5 л Turbo, V8 3,0 л, Оппозитный-12 3,0 л и V12 3,0 л
  • BMW M12 Р4 1,5 л Turbo
  • BRM h26 3,0 л и V12 3,0 л
  • Coventry Climax V8 3,0 л
  • Ferrari V6 1,5 л Turbo, V12 3,0 л and h22 3,0 л
  • Ford V6 1,5 л Turbo и V8 3,0 л
  • Ford Cosworth DFV V8 3,0 л и DFY V8 3,0 л
  • Hart Р4 1,5 л Turbo
  • Honda V12 3,0 л, V8 3,0 л воздушного охлаждения и V6 1,5 л Turbo
  • Maserati V12 3,0 л
  • Matra V12 3,0 л
  • Motori Moderni V6 1,5 л Turbo
  • Repco V8 3,0 л
  • Renault Gordini V8 (никогда не участвовал в гонках) 3,0 л and Gordini V6 1,5 л Turbo
  • Serenissima V8 3,0 л
  • TAG-Porsche V6 1,5 л Turbo
  • Tecno h22 3,0 л
  • Weslake V12 3,0 л
  • Zakspeed Р4 1,5 л Turbo

1987—1988[править | править код]

Мощности турбомоторов постоянно росли, снижая безопасность гонок. Поэтому FIA приняла решение ограничить давление наддува до 4 атм в квалификации и увеличить максимальный объём атмосферных двигателей до 3,5 литров. Команды March, Lola, Tyrrell, AGF и Coloni использовали атмосферный двигатель Ford Cosworth DFZ 3,5 L V8 мощностью 575 л.с. В 1988 году давление наддува снизили до 2,5 атм, но доминирование турбомоторов продолжилось.

  • Alfa-Romeo 890T V8 1,5 л Turbo 700 л.с., 415/85T V8 1,5 л Turbo
  • BMW M12/13 Р4 Turbo 1,5 л 850 л.с.
  • Ferrari V12
  • FordCosworth TEC-F1 Ford GBA V6 1,5 л Turbo 850—1000 л.с., DFZ V8 3,5 л 575 л.с. (1987) и 858 л.с. (1988), DFR V8 3,5 л 585 л.с.
  • Honda RA 167 E V6 1,5 л Turbo 850/1000 л.с., RA 168 E V6 1,5 л Turbo 650 л.с.
  • Judd CV V8 3,5 л 600 л.с.
  • Megatron M12/13 Р4 Turbo 1,5 л 920 л.с. (1987) и 650 л.с. (1988)
  • Motori Moderni V6 1,5 л Turbo 800 л.с.
  • TAG-Porsche TTE-P01 V6 1,5 л Turbo 850 л.с.
  • Zakspeed Р4 Turbo 1,5 л 800 л.с.

1989—1994[править | править код]

В 1989 турбированные двигатели полностью запретили. Конец турбоэры позволил прийти в Формулу-1 новым поставщикам двигателей таким, как Yamaha и Lamborghini. После двухлетнего отсутствия вернулись Renault.

  • Ferrari 65° V12 620—715 л.с.
  • Ford Cosworth DFR 90° V8 595 (1989) и 620 л.с. (1990), HB V8 615—730 л.с., Zetec-R ECA V8 750 л.с.
  • Hart 1035 V10
  • Honda RA 675—710 л.с.
  • Ilmor 72° V10 680—765 л.с.
  • Judd EV 72° V8 640 л.с. при 12500 об/мин и GV 72° V10 750 л.с. при 13500 об/мин
  • Lamborghini L3512 80° V12 700 л.с.
  • Life F35 60° W12 650 л.с. при 12500 об/мин
  • Mugen-Honda MF V10
  • Peugeot V10 A4 700 л.с. и A6 760 л.с.
  • Porsche V12 3,5 680 л.с. при 13000 об/мин
  • Renault RS V10 600—790 л.с.
  • Subaru F12 (никогда не участвовал в гонках)
  • Yamaha OX V8 (1989), OX 99 72° V10 660 л.с. и OX 10A 72° V10 до 750 л.с.

1995—2004[править | править код]

С 1995 по 1997 моторы Renault трижды выиграли кубок конструкторов и чемпионат мира. В 1995-м максимальный объём двигателя сократили с 3,5-х литров до 3-х. В 1998 и 1999 чемпионом мира стал Мика Хаккинен на McLaren с мотором Mercedes. С 1999 по 2004 кубок конструкторов завоёвывали только Ferrari. С 2000 года Williams перешли на двигатели BMW. После 2000-го года в регламенте появился пункт, разрешающий использовать только моторы конфигурации V10, из-за чего на год отложился дебют команды Тойота, планировавших дебютировать с двигателем V12.

  • Acer 90° V10 800 л.с. при 16200 об/мин
  • Arrows C 72° V10 700 л.с. при 15000 об/мин (1998), A20E 72° V10 715 л.с. при 15000 об/мин (1999)
  • Asiatech V10 001 (2001) и AT02 (2002) 800 л.с.
  • BMW V10 800—900 л.с.
  • European 72° V10 790 л.с. при 16200 об/мин
  • Ferrari 65°,Tipo V12 750 л.с.
  • Ferrari Tipo V10 600—880 л.с.
  • Fondmetal RV10 770 л.с. при 15800 об/мин
  • Ford Cosworth ED V8 630—705 л.с. (1995—1998), Zetec-R V10 790 л.с. (1996—1999), CR V10 700—840 л.с.
  • Hart 830 V8 (1995—1996), 830 AV 7 680 л.с. при 13100 об/мин (1997)
  • Honda RA 675—710 л.с.
  • Mecachrome GC37-01 (Renault RS9) 71° V10 775 л.с. при 15600 об/мин (1998)
  • Mercedes FO 110 690—870 л.с.
  • Mugen-Honda MF-301 V10 600—770 л.с.
  • Peugeot V10 760—800 л.с.
  • Petronas V10 760—870 л.с.
  • Playlife V10 750—780 л.с.
  • Renault RS V10 750—820 л.с.
  • Supertec V10 FB01 (1999) и FB02 (2000) 780 л.с.
  • Toyota RVX 90° V10 830—880 л.с.
  • Yamaha OX 10C 72° V10 680 л.с. (1995), OX 11A 72° V10 690 и 700 л.с. (1996 и 1997)

2005[править | править код]

В 2005 году команды должны были использовать двигатели V10 объёмом 3 литра, имеющие не более 5 клапанов на цилиндр.

  • BMW P84-5 950 л.с.
  • Cosworth TJ 2005 900 л.с. при 18300 об/мин
  • Ferrari Tipo 053 880 л.с. и 055
  • Honda RA 005 E 900 л.с. при 18500 об/мин
  • Mercedes FO 110R 920 л.с.
  • Petronas 05A (Ferrari Tipo 053)
  • Renault RS25 900 л.с.
  • Toyota RVX-05 90° 900 л.с. при 19000 об/мин

2006[править | править код]

В 2006 объём двигателя снизили до 2,4 литра, а количество цилиндров до 8. Диаметр цилиндра должен был быть не более 98 мм, а ход поршня не менее 37 мм. Системы предварительного охлаждения воздуха запрещены. Также запрещено подавать в двигатель что-либо, кроме воздуха и горючего. Впуск и выпуск изменяемой геометрии также запрещены. Каждый цилиндр может иметь только одну форсунку для впрыска топлива и только одну свечу зажигания. Естественно двигатель должен был быть атмосферным и иметь вес не менее 95 кг. Также для команд разрешили на 2006 и 2007 год использовать старые двигатели V10 с ограничением числа оборотов. Блок цилиндров и картер двигателя должны быть выполнены из сплавов алюминия. Коленвал и распредвалы должны быть сделаны из стали или чугуна. Толкатели клапанов должны быть выполнены из сплавов алюминия, а сами клапаны — из сплавов на основе железа, никеля, кобальта или титана. Использование карбона и композитных материалов при производстве блока цилиндров, головки блока и клапанов запрещено. Это привело к снижению мощности по сравнению с 3-литровыми двигателями на 20%.

  • BMW P86 760 л.с.
  • Cosworth TJ 2006 V10 ограничение 16700 об/мин и CA 2006 V8
  • Ferrari Tipo 056 735 л.с.
  • Honda RA 806 E 760 л.с. при 19000 об/мин
  • Mercedes FO 128S 760 л.с.
  • Renault RS26 735 л.с. (750 л.с. в версии B)
  • Toyota RVX-06 760 л.с. при 19000 об/мин

2007—2008[править | править код]

Чтобы снизить затраты команд в 2007 и 2008 году регламент не стали менять. Было только введено ограничение числа оборотов до 19000.

2009[править | править код]

В 2009 разрешено использовать такие же двигатели 2008 с ограничением по числу оборотов 18000. Также командам разрешено использовать систему KERS.

2010[править | править код]

В 2010 в формулу-1 вернулась компания Cosworth.

2011[править | править код]

В 2011 произошли небольшие изменения в поставщиках моторов для команд. От услуг Cosworth отказалась Team Lotus. Также со следующего сезона моторы Renault RS27 будет использовать и AT&T WilliamsF1.

2012[править | править код]

2013[править | править код]

  • Cosworth CA2013 2,4 V8 (Marussia F1 Team)
  • Ferrari 056 2,4 V8 (Scuderia Ferrari, Scuderia Toro Rosso, Sauber F1 Team)
  • Mercedes FO 108F 2,4 V8 (Vodafone McLaren Mercedes, Mercedes AMG Petronas, Force India F1 Team)
  • Renault RS27 V8 (Lotus F1 Team, Red Bull Racing, Caterham F1 Team, AT&T WilliamsF1)

2014[править | править код]

2014 год стал первым сезоном, в котором используются 1,6-литровые турбированные двигатели V6 с максимумом 15000 оборотов в минуту. Мощность снижена до 600 л.с.

  • Ferrari 059/3 1,6 V6T (Scuderia Ferrari, Sauber F1 Team, Marussia F1 Team)
  • Mercedes Hybrid PU106A 1,6 V6T (McLaren Mercedes, Mercedes AMG Petronas, Sahara Force India F1 Team, Williams Martini Racing)
  • Renault Energy F1 1,6 V6T (Lotus F1 Team, Infiniti Red Bull Racing, Caterham F1 Team, Scuderia Toro Rosso)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *