Fazla mesai yapmak; otomobillere karşı insanlar

Son zamanlarda birbirlerine nasıl bağlı olduklarını anlamak için tork ve beygir gücü üzerine bazı araştırmalar yapıyorum.

2.0 TDI arabamı alın, 390 Nm tork üretir. 390 Nm, bir motoru düşünmeden veya etkisini düşünmeden tek başına, özellikle fazla değil. Çıplak ellerinizle 390 Nm oluşturabilirsiniz.

Motor, dönme başına bu 390 Nm'yi yaratır ve tepe volan torkunda (≈ 2000 RPM), saniyede yaklaşık 33 kez döner.

Zamanla çalışmayı göz önünde bulundurarak, bu 110 beygir gücüne neden olur.

Ancak, pedallı bir bisikletiniz varsa, hesaplama amacıyla merkezden 0,5 m diyelim, merkezden yarım metre uzaklıktaki 780 Newton kuvvet oluşturarak 390 Nm oluşturulabilir. Bu benim ağırlığımın eşdeğeri civarında.

O zaman motor 1,6 ton vagonu 230 km / ton hızla itebiliyor, ancak zorlu bir tepe yapabiliyorum.

Benim anladığım kadarıyla her şey zamanla çalışmakla ilgili. Belki bunun da motor çalışırken dönmesiyle ilgisi vardır, yanma motorun dönmesini zorlaştırır, ancak bir kez çalıştırıldığında büyük bir araba yüksek hızlarda çekilebilir?

Çıplak ellerinizle istediğiniz miktarda tork oluşturabilirsiniz. Sadece yeterince uzun bir kol seç. Arşimet ünlü bir şekilde şöyle dedi: "Bana durmak için bir yer ver ve bir kolu kaldırarak tüm dünyayı hareket ettireceğim." (kaynak: Wikiquote ). Arşimed’in tüm dünyayı hareket ettirebilecek hızı hakkında hiçbir şey söylemediğini unutmayın; Sadece prensipte tüm dünyayı hareket ettirebileceğini söyledi.

Ancak, buradaki sınırlama tork değil, güçtür. Elleriniz veya ayaklarınızın hareket etme hızı sınırlıdır ve bir kez maksimum gücünüzün yakınında çalıştıktan sonra, hiç hareket etmiyorken olduğunuz kadar güçlü olamayabilirsiniz.

Kollar ve dişliler gücü veya torku (gücün dönme eşdeğeri) değiştirebilir, ancak hiçbiri gücü değiştiremez. Güç, bir enerji kaynağından gelmesi gereken temel bir şeydir.

İki yararlı formül vardır: güç, dönme hızı (saniyede radyan cinsinden) çarpı torku veya alternatif olarak güç, doğrusal hız süreleri kuvvetidir. Kollar, hızı ve kuvveti zıt yönlerde değiştirerek çalışır; Sonuç, ürünlerinin aynı olmasıdır. Dişliler, dönme hızını ve torku ters yönlerde değiştirerek benzer şekilde çalışır; Yine, ürünleri aynı kalır.

Tork seviyeleri hakkında: 170 mm'lik bir krank, 100 kg ağırlığında, arka ayakkabıyı 30 kg'da yukarı çeken (ve ön ayakkabıya ilave 30 kg'ı yukarı iterek) ve 25 kg'da gidondan yukarı çeken ağır, güçlü bir bisikletçi ile 310 Nm'ye ulaşabilir: (100 kg + 30 kg + 30 kg + 25 kg) * 9.81 m / s ^ 2 * 0.17 m = 308.52 Nm. Dişliler bunu artırabilir: örneğin 22 diş ön dişlisi ve 32 diş arka dişlisi size 449 Nm verir. Yani, sadece ellerinizle 390 Nm'den daha fazla tork yaratmakla kalmaz, bunu pratik bir makinede, bisikletle, ayaklarınızla yapabilirsiniz.

Ancak bir bisikletçi 110 beygir gücü üretemez! Bir bisikletçi kısa patlamalarda yaklaşık 1 beygir gücüyle ve uzun sürelerde beygir gücünün yaklaşık üçte biri ile sınırlıdır.

Peki, bir araba motorunun elleriniz veya ayaklarınızla çalışan pratik kollar ve bisikletlerden farkı nedir? Bu dönme oranı! Araba motorları o kadar hızlı dönüyor ki, ellerinizle veya ayaklarınızla bu kadar hızlı dönüş yapamazsınız. Bununla birlikte, otomobil motorlarındaki kuvvet ve tork seviyeleri, pratik uygulamalarda elleriniz ve ayaklarınızla üretebileceklerinize benzer.

Motor, dönme başına bu 390 Nm'yi yaratır ve tepe volan torkunda (≈ 2000 RPM), saniyede yaklaşık 33 kez döner.

Zamanla çalışmayı göz önünde bulundurarak, bu 110 beygir gücüne neden olur.

Katılıyorum:

Power = Torque × Angular Speed
      = 390 Nm × ( 2,000 rev/min × 2π rad/rev × 1/60 min/s )
      = 81680 W
      = 110 hp

Ancak, pedallı bir bisikletiniz varsa, hesaplama amacıyla merkezden 0,5 m diyelim, merkezden yarım metre uzaklıktaki 780 Newton kuvvet oluşturarak 390 Nm oluşturulabilir. Bu benim ağırlığımın eşdeğeri civarında. O zaman motor 1,6 tonluk bir arabayı 230 km / s hızla itebiliyor, ancak zorlu bir tepe yapabiliyorum.

Bunun birkaç kısmı var:

• Hiçbir insan bisiklet pedallarına her saniyede 33 kez dönüş yapamaz.

  ... saniyede 3 devir, özellikle de bu tork seviyesinde.

• 0.5 m biraz gergindir.

  ... bir kuruşa osurmak için bile .

  Böylece herhangi bir tork seviyesini sürdürmek için daha fazla güce ihtiyacınız olacak.

• Kütle en yüksek hızı etkilemez ...

  ... sadece hızlanma.

  Bu, Newton'un birinci ve ikinci yasalarının doğrudan bir sonucudur. Tipik bir karayolu taşıtı için sınırlayıcı faktörler aerodinamik sürükleme, yol sürtünmesi ve aktarma organları kayıplarıdır.

Hesaplarını geri aldığına inanıyorum. @ Merkezden 0,5 metre uzakta, 390'ı 1 / 2'de ... 195Nm'ye kadar kesmeniz gerekecek. Gerçekte, pedal merkezden sadece 0,2 m uzaklıktadır ve bu da örneğinizdeki mistik 390Nm'nin yaklaşık 1 / 5'ine ya da 78Nm'ye düşürür. Gerçekte, bir insanın ne kadar beygir gücünün gelişebileceği konusunda Googledseniz , aşağıdaki bilgileri bulacaksınız:

İnsan gücüyle çalışan ekipmanları düşünürken, sağlıklı bir insan kısa bir süre için yaklaşık 1,2 hp üretebilir (büyüklük sırasına bakınız) ve süresiz olarak yaklaşık 0,1 hp (74,57 W) dayanabilir; eğitimli sporcular birkaç saatlik bir süre için yaklaşık 2.5 hp (1.85 kW) kısaca ve 0.35 hp (260 W) güç alabilir.

En ufak arabaların bile 60+ hp üretebileceğini göz önünde bulundurarak , onlar bize cesaretle çalışan insanlardan çok uzak çalışıyor. Daha sonra, (hangi otomobillerin büyük ekolayzerle olduğu) denklemin içine vites koyarsınız, bir otomobilin sadece kendini nasıl çalıştırabileceğini değil, aynı zamanda bir insanın zor zamanlar geçirdiği, uzun süre boyunca kendisini daha yüksek hızlarda tutabildiğini görmeye başlarsınız. kayda değer bir süre boyunca bir bisikleti yoldan aşağıya çekmek.

Zaten alıntılanan rakamlar hakkında emin değilim: bisikletçi Chris Boardman burada bir saat boyunca 450W değerde kaldı:

https://books.google.ch/books?id=j3x9AwAAQBAJ&pg=PA73&lpg=PA73&dq=chris+boardman+power&source=bl&ots=lVKLHbUAM9&sig=yT5fwNBGiB_nK48J2juyf6nT97s&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwjHhp7hlZvWAhWMCBoKHcjIB-UQ6AEIOjAD#v=onepage&q=chris%20boardman%20power&f= yanlış