الفرق بين عزم الدوران والقوة ...

الفرق بين عزم الدوران والقوة سؤال يطرحه العديد من الأشخاص الفضوليين. وهذا أمر مفهوم ، لأن هاتين المعطيات هما من بين أكثر البيانات التي تمت دراستها في أوراق البيانات الفنية لسياراتنا. لذلك سيكون من المثير للاهتمام أن نتطرق إلى ذلك ، حتى لو لم يكن بالضرورة الأكثر وضوحًا ...

بادئ ذي بدء ، دعونا نوضح أن الزوجين يعبرون عن أنفسهم في نيوتن. متر والقوة فيها قوة حصان (عندما نتحدث عن آلة ، لأن العلم والرياضيات يستخدمان واط)

هل هو حقا اختلاف؟

في الواقع ، لن يكون من السهل فصل هذين المتغيرين ، لأنهما مرتبطان ببعضهما البعض. إنه مثل السؤال عن الفرق بين الخبز والدقيق. لا معنى لذلك ، لأن الدقيق جزء من الخبز. سيكون من الأفضل مقارنة المكونات ببعضها البعض (مثل الماء مقابل الطحين عند الضرورة) بدلاً من مقارنة أحد المكونات بالمنتج النهائي.

دعنا نحاول شرح كل هذا ، ولكن في نفس الوقت أوضح أن أي مساعدة من جانبك (من خلال التعليقات في أسفل الصفحة) سيتم الترحيب بها. كلما كانت هناك طرق مختلفة لشرح ذلك ، زاد عدد مستخدمي الإنترنت الذين يفهمون العلاقة بين هذين المفهومين.

القوة هي نتيجة الاقتران (صيغة ثقيلة بعض الشيء ، أعرف جيدًا ...) سرعة الدوران.

من الناحية الحسابية ، يعطي هذا ما يلي:

( π X Torque في Nm X Mode) / 1000/30 = القدرة بالكيلوواط (والتي تُترجم إلى قوة حصانية إذا أردنا لاحقًا أن يكون لدينا "مفهوم أكثر للسيارات").

هنا نبدأ في فهم أن المقارنة بينهما تكاد تكون مجرد هراء.

دراسة منحنى العزم / القدرة

لا يوجد شيء أفضل من المحرك الكهربائي لفهم العلاقة بين عزم الدوران والقوة بشكل كامل ، أو بالأحرى كيف توجد علاقة بين عزم الدوران والسرعة.

تعرف على مدى منطقية منحنى عزم الدوران لمحرك كهربائي ، وهو أسهل بكثير في الفهم من منحنى المحرك الحراري. نرى هنا أننا نقدم عزمًا ثابتًا وعزمًا أقصى في بداية الثورة ، مما يزيد من منحنى القوة. منطقياً ، كلما زادت القوة التي أضعها على محور الدوران ، زادت سرعة دورانه (وبالتالي المزيد من القوة). من ناحية أخرى ، مع انخفاض عزم الدوران (عندما أضغط أقل وأقل على المحور الدوار ، وأستمر في الضغط على أي حال) ، يبدأ منحنى الطاقة في الانخفاض (على الرغم من استمرار سرعة الدوران في الانخفاض). يزيد). في الأساس ، عزم الدوران هو "قوة التسارع" والقوة هي المجموع الذي يجمع بين هذه القوة وسرعة الدوران للجزء المتحرك (السرعة الزاوية).

هل ينجح الزوجان في كل هذا؟

يقارن بعض الناس المحركات فقط من حيث عزم الدوران أو تقريبًا. في الحقيقة ، هذا وهم ...

على سبيل المثال ، إذا قارنت محرك بنزين يطور 350 نيوتن متر عند 6000 دورة في الدقيقة بمحرك ديزل يطور 400 نيوتن متر عند 3000 دورة في الدقيقة ، فقد نعتقد أن الديزل هو الذي سيكون له أكبر قوة تسارع. حسنًا ، لا ، لكننا سنعود إلى البداية ، فالشيء الرئيسي هو القوة! يجب استخدام القوة فقط لمقارنة المحركات (من الناحية المثالية مع المنحنيات ... لأن قوة الذروة العالية ليست كل شيء!).

في الواقع ، بينما يشير عزم الدوران فقط إلى أقصى عزم دوران ، فإن القوة تشمل عزم الدوران وسرعة المحرك ، لذلك لدينا جميع المعلومات (فقط عزم الدوران هو مؤشر جزئي فقط).

إذا عدنا إلى مثالنا ، فيمكننا القول إن الديزل يمكن أن نفخر به ، حيث يعطي 400 نيوتن متر عند 3000 دورة في الدقيقة. لكن لا تنسَ أنه عند 6000 دورة في الدقيقة ، لن تتمكن بالتأكيد من إنتاج أكثر من 100 نيوتن متر (دعنا نتخطى حقيقة أن الزيت لا يمكن أن يصل إلى 6000 طن) ، بينما لا يزال بإمكان البنزين إنتاج 350 نيوتن متر بهذه السرعة. في هذا المثال ، نقارن محرك ديزل بقوة 200 حصان. بمحرك بنزين 400 حصان (الأرقام مشتقة من عزم الدوران المقتبس) مفردة لمضاعفة.

نتذكر دائمًا أنه كلما كان الجسم يدور (أو يتحرك للأمام) بشكل أسرع ، كان من الصعب جعله حتى يلتقط السرعة. وبالتالي ، فإن المحرك الذي يطور عزم دوران كبير عند عدد دورات عالية في الدقيقة يظهر أنه يتمتع بمزيد من القوة والموارد!

شرح بالقدوة

كان لدي فكرة صغيرة لمحاولة اكتشاف كل شيء ، على أمل ألا يكون الأمر بهذا السوء. هل سبق لك أن حاولت إيقاف محرك كهربائي منخفض الطاقة بأصابعك (مروحة صغيرة ، محرك كهربائي في مجموعة Mecano عندما كنت صغيرًا ، وما إلى ذلك).

يمكن أن يدور بسرعة (لنقل 240 دورة في الدقيقة أو 4 دورات في الثانية) ، ويمكننا إيقافه بسهولة دون إتلافه كثيرًا (يجلد قليلاً إذا كانت هناك شفرات المروحة). هذا لأن عزم الدوران ليس مهمًا جدًا وبالتالي قوته الكهربائية (وهذا ينطبق على المحركات الكهربائية الصغيرة للعب الأطفال وغيرها من الملحقات الصغيرة).

من ناحية أخرى ، إذا لم أتمكن من إيقافه بنفس السرعة (240 دورة في الدقيقة) ، فهذا يعني أن عزم الدوران سيكون أكبر ، مما سيؤدي أيضًا إلى المزيد من القوة النهائية (كلاهما مرتبطان رياضياً ، إنه مثل الأوعية المتصلة). لكن السرعة ظلت كما هي. لذلك ، من خلال زيادة عزم دوران المحرك ، أزيد من قوته ، لأنه تقريبًا

زوجان

X

سرعة الدوران

= قوة... (صيغة مبسطة بشكل تعسفي للمساعدة في فهم: تمت إزالة Pi وبعض المتغيرات المرئية في الصيغة العليا)

لذلك ، لنفس القوة المعطاة (لنقل 5W ، ولكن من يهتم) يمكنني الحصول على إما:

• محرك يدور ببطء (على سبيل المثال دورة واحدة في الثانية) بعزم دوران مرتفع يصعب إيقافه بأصابعك قليلاً (لا يعمل بسرعة ، ولكن عزم الدوران العالي يمنحه قوة كبيرة)
• أو محرك يعمل بسرعة 4 دورة في الدقيقة ولكن بعزم دوران أقل. هنا ، يتم تعويض عزم الدوران المنخفض بالسرعة الأعلى ، مما يمنحه مزيدًا من القصور الذاتي. لكن التوقف بأصابعك سيكون أسهل على الرغم من السرعة العالية.

بعد كل شيء ، محركان لهما نفس القوة ، لكنهما لا يعملان بنفس القوة (تأتي الطاقة بطرق مختلفة ، لكن المثال لا يمثل ذلك كثيرًا ، لأنه يقتصر على سرعة معينة. في السيارة ، السرعة يتغير طوال الوقت ، مما يؤدي إلى ظهور منحنيات القوة وعزم الدوران الشهيرة). أحدهما يدور ببطء والآخر يدور بسرعة ... هذا فرق بسيط بين الديزل والبنزين.

وهذا هو السبب في أن الشاحنات تعمل بوقود الديزل ، لأن الديزل له عزم دوران مرتفع ، على حساب سرعة دورانه (السرعة القصوى للمحرك أقل بكثير). في الواقع ، من الضروري أن تكون قادرًا على المضي قدمًا ، على الرغم من وجود مقطورة ثقيلة جدًا ، دون الاضطرار إلى تأنيب المحرك ، كما هو الحال مع البنزين (يجب على المرء أن يتسلق الأبراج ويلعب مع القابض كالمجانين). ينقل الديزل أقصى عزم دوران عند دورات منخفضة ، مما يجعل السحب أسهل ويسمح لك بالإقلاع من مركبة ثابتة.

العلاقة بين القوة وعزم الدوران وسرعة المحرك

إليك المدخلات الفنية التي شاركها المستخدم في قسم التعليقات. يبدو من المعقول بالنسبة لي أن أدخله مباشرة في المقال.

من أجل عدم تعقيد المشكلة مع الكميات الفيزيائية:

القوة هي نتاج عزم الدوران على العمود المرفقي وسرعة العمود المرفقي بالراديان / ثانية.

(تذكر أنه في دورتين للعمود المرفقي عند 2 درجة ، يوجد 6.28 * pi راديان = 1 راديان.

دونك ف = م * دبليو

P -> power in [W]

M -> عزم الدوران في [نيوتن متر] (نيوتن متر)

W (omega) - السرعة الزاوية بالتقدير الدائري / الثانية W = 2 * Pi * F.

مع Pi = 3.14159 و F = سرعة العمود المرفقي في t / s.

مثال عملي

عزم المحرك م: 210 نيوتن متر

سرعة المحرك: 3000 دورة في الدقيقة -> التردد = 3000/60 = 50 دورة في الدقيقة

W = 2 * pi * F = 2 * 3.14159 * 50 t / s = 314 راديان / ثانية

النهائي Au: P = M * W = 210 Nm * 314 rad / s = 65940 W = 65,94 kW

التحويل للسيرة الذاتية (قدرة حصانية) 1 حصان = 736 واط

في السيرة الذاتية نحصل على 65940 W / 736 W = 89.6 CV.

(تذكر أن 1 حصان هو متوسط ​​قوة الحصان الذي يعمل بشكل مستمر دون توقف (في الميكانيكا ، هذا يسمى القوة المقدرة).

لذلك عندما نتحدث عن سيارة بقوة 150 حصان ، من الضروري زيادة سرعة المحرك إلى 6000 دورة في الدقيقة مع عزم دوران يظل محدودًا أو حتى ينخفض ​​قليلاً إلى 175 نيوتن متر.

بفضل علبة التروس ، وهو محول عزم الدوران ، والفرق التفاضلي ، لدينا زيادة في عزم الدوران بحوالي 5 مرات.

على سبيل المثال ، في الترس الأول ، سيعطي عزم دوران المحرك عند العمود المرفقي 1 نيوتن متر 210 نيوتن متر * 210 = 5 نيوتن متر عند حافة عجلة بقضبان 1050 سم ، وهذا سيعطي قوة سحب تبلغ 30 نيوتن متر / 1050 متر = 0.3 نيوتن متر .

في الفيزياء F = m * a = 1 kg * 9.81 m / s2 = 9.81 N (a = تسارع الأرض 9.81 m / s2 1G)

وبالتالي ، فإن 1 N تقابل 1 كجم / 9.81 م / ث 2 = 0.102 كجم من القوة.

قوة 3500 N * 0.102 = 357 كجم تدفع السيارة لأعلى منحدر حاد.

آمل أن تعزز هذه التفسيرات القليلة معرفتك بمفاهيم القوة والعزم الميكانيكي.