Мощность зависит от крутящего момента.

В автомобильном мире постоянно сравнивают автомобили друг с другом. В первую очередь это делается с помощью официальных технических характеристик, где, как правило, эксперты, сравнивают мощность автомобиля, выраженную в лошадиных силах, и максимальный крутящий момент, выражаемый в Ньютон-метрах. Но что такое лошадиная сила и крутящий момент? Как эти технические характеристики связаны друг с другом? Вот интересное и простое объяснение.

Известный в англоязычном Интернете видеоблогер снял очередной ролик, в котором простым языком наглядно объяснил разницу между крутящим моментом и мощностью в лошадиных силах.

Крутящий момент – это просто сила, которая воздействует на что-то издалека. Например, в двигателе крутящий момент – это та сила, с которой поршень давит на шатун, передающий эту силу коленвалу. Коленвал же преобразует возвратно-поступательное движение поршней в крутящий момент.

Лошадиная сила представляет собой крутящий момент, умноженный на количество оборотов двигателя в минуту. Обычно в этом случае вычисляют мощность в киловаттах. Чтобы перевести киловатты в лошадиные силы, нужно умножить количество киловатт на 1,36. Вот формула:

P = (Mкр * N : 9549) * 1,36

Р — Мощность в киловаттах

Мкр — крутящий момент в ньютон-метрах (Нм)

9549 — поправочный коэффициент для удобства подсчетов, чтобы не вдаваться в тяжелые вычисления математических функций таких как косинус-альфа.

1,36 — коэффициент необходимый для перевода киловатт в лошадиные силы.

То есть получается, что лошадиная сила показывает, насколько быстро двигатель может выполнить работу за определенное количество времени. Соответственно, крутящий момент и мощность неразрывно связаны друг с другом. В итоге получается, что мощность показывает, сколько двигатель за единицу времени создает крутящих моментов.

Так что когда дело доходит до измерения максимальной скорости автомобиля или его динамики разгона с 0-100, 0-200 км/ч и т. п., то в первую очередь вы должны смотреть на количество лошадиных сил, так как именно мощность напрямую влияет на производительность автомобиля за конкретный промежуток. Ведь именно мощность показывает, сколько тот или иной двигатель может выполнить работы за определенный период времени.

Но это простое объяснение в двух словах. Также вы можете прочитать еще несколько наших материалов по этой теме:

Что такое крутящий момент? Что такое лошадиная сила?

Что важнее, крутящий момент или лошадиные силы?

Наглядно: Вот в чем разница между мощностью и крутящим моментом

В том числе советуем посмотреть очередной видеоролик блогера Джейсона Фэнске, который в традиционной для себя манере простым языком объясняет сложные вещи. Правда, англоязычный ролик не имеет профессионального перевода на русский язык.

Механизмы, узлы или детали автомобиля, все вместе и каждый по отдельности, безусловно важны, но основным элементом конструкции конечно же является двигатель. Анализ технических характеристик этого генератора движущей силы позволяет судить о том, насколько быстро авто набирает определенную скорость, как изменяются его тяговые и динамические возможности при увеличении его массы, езде в сложных дорожных условиях.

Базовые параметры двигателей внутреннего сгорания, бензиновых или дизельных, которые устанавливаются на абсолютное большинство современных легковых автомобилей, можно условно разбить на две группы.

Конструктивно заданные характеристики закладываются при проектировании и в процессе производства силового агрегата, являются неизменными в процессе эксплуатации:

  • тип двигателя (бензиновый или дизельный);
  • рабочий объем;
  • степень сжатия топливовоздушной смеси.

Показателями, характеризующими работу мотора или так называемыми рабочими параметрами, являются:

  • мощность;
  • крутящий момент;
  • удельный расход топлива.

Наибольший интерес вызывают параметры, от которых напрямую зависят динамические свойства автомобиля – это мощность и крутящий момент двигателя. Что же из себя представляют эти характеристики?

Что такое крутящий момент двигателя

Несколько по-иному обстоит ситуация с пониманием крутящего момента, но, зная основные законы физики и базовое устройство силового агрегата, можно без труда прояснить это понятие. Крутящий момент двигателя – это качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала. Этот параметр рассчитывается как произведение силы, приложенной к поршню, на плечо (расстояние от центральной оси вращения коленчатого вала до места крепления поршня (шатунной шейки)). Крутящий момент измеряется в ньютонах на метр (Нм).

Крутящий момент на коленчатом валу, как следует из вышеприведенной формулы, зависит от силы давления газов на поршень, а также от рабочего объема двигателя и степени сжатия топливной смеси в цилиндрах. Кстати сказать, значительно более высокий крутящий момент дизельных двигателей, по сравнению с аналогичными по объему бензиновыми моторами, объясняется чрезвычайно высокой степенью сжатия смеси дизельного топлива и воздуха в камерах сгорания (бензиновые — примерно 10:1, дизельные – около 20:1).

Высокий крутящий момент двигателя обеспечивает автомобилю отличную динамику разгона уже при низких оборотах вращения коленчатого вала, существенно увеличивает тяговые характеристики силового агрегата – повышает грузоподъемность авто и его проходимость.

Максимальное значение крутящего момента двигатель внутреннего сгорания достигает при определенных оборотах. У бензиновых моторов этот показатель более высокий, чем у «дизелей».

Мощность или крутящий момент — что важнее?

Если провести сравнительную оценку двух рабочих характеристик двигателя – мощности и крутящего момента, то очевидными становятся следующие факты:

  • крутящий момент на коленчатом валу – основной параметр, характеризующий работу силового агрегата;
  • мощность двигателя – это вторичная рабочая характеристика мотора, которая, по своей сути, является производной крутящего момента;
  • зависимость мощности от крутящего момента выражается отношением: Р = М*n, где Р – мощность, М – крутящий момент, n – количество оборотов коленчатого вала в минуту;
  • мощность двигателя линейно зависима от частоты вращения коленчатого вала: чем выше обороты, тем больше мощность мотора (естественно, до определенных пределов);
  • крутящий момент также увеличивается при повышении оборотов двигателя, но достигнув своего максимального значения (при определенной частоте вращения коленчатого вала), его показатели снижаются, независимо от дальнейшего увеличения оборотов (график зависимости крутящего момента от частоты вращения двигателя имеет вид перевернутой параболы).

Изменение крутящего момента и динамика автомобиля

Чтобы обеспечить наилучшие динамические характеристики, автопроизводители стремятся устанавливать на автомобили силовые агрегаты, обладающие максимальным крутящим моментом в более широком диапазоне оборотов двигателя. Высокий крутящий момент характерен для дизельных силовых агрегатов, а также многоцилиндровых и турбированных моторов.

Чтобы правильно оценивать роль мощности и крутящего момента в формировании динамических характеристик автомобиля, нужно уяснить следующие факты:

  • автомобиль с более мощным, но не обладающим достаточным крутящим моментом двигателем, будет уступать в разгонной динамике авто с высоким крутящим моментом;
  • высокий крутящий момент, «подхватываемый» двигателем на низких оборотах, позволяет автомобилю ускоряться значительно эффективней;
  • максимально возможная скорость автомобиля напрямую зависит от мощности двигателя, а крутящий момент не влияет на этот показатель: автомобили, обладающие огромным крутящим моментом, могут развивать весьма скромную максимальную скорость; пример: спортивные болиды (небольшой крутящий момент на карданном валу и высокая скорость) или тяжелые внедорожники (внушительный крутящий момент и невысокая максимальная скорость).

Независимо от мощности двигателя, разгонная динамика автомобиля, а также его способность «резво» преодолевать подъемы всецело зависят от величины максимального крутящего момента. Чем больший крутящий момент передается на ведущие колеса и чем шире диапазон оборотов двигателя, в котором он достигается, тем увереннее авто ускоряется и преодолевает сложные участки дороги.

Стоит заметить, что сравнение характеристик конструкционно идентичных, но имеющих разные крутящие моменты двигателей, имеет смысл только при одинаковых параметрах трансмиссии; коробки переключения передач должны обладать схожими передаточными отношениями. В противном случае, сравнивать крутящие моменты двигателей не имеет практического смысла.

Момент силы

Момент силы

M → = {\displaystyle {\vec {M}}=\left}

Размерность

L2MT−2

Единицы измерения

СИ

Н·м

СГС

Дина-сантиметр

Примечания

Псевдовектор

Момент силы, приложенный к гаечному ключу. Направлен от зрителяЗависимости между силой F, моментом силы τ (M), импульсом p и моментом импульса L в системе, которая была ограничена только в одной плоскости (силы и моменты, обусловленные тяжестью и трением, не учитываются).

Моме́нт си́лы (синонимы: кру́тящий момент, враща́тельный момент, вертя́щий момент, враща́ющий момент) — векторная физическая величина, равная векторному произведению вектора силы и радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.

Понятия «вращающий» и «крутящий» моменты в общем случае не тождественны, так как в технике понятие «вращающий» момент рассматривается как внешнее усилие, прикладываемое к объекту, а «крутящий» — внутреннее усилие, возникающее в объекте под действием приложенных нагрузок (этим понятием оперируют в сопротивлении материалов).

Предыстория

Для того чтобы понять, откуда появилось обозначение момента сил и как к нему пришли, стоит рассмотреть действие силы на рычаг, поворачивающийся относительно неподвижной оси. Работа, совершаемая при действии силы F → {\displaystyle {\vec {F}}} на рычаг r → {\displaystyle {\vec {r}}} , совершающий вращательное движение вокруг неподвижной оси, может быть рассчитана исходя из следующих соображений.

Пусть под действием этой силы конец рычага смещается на бесконечно малый отрезок d l {\displaystyle dl} , которому соответствует бесконечно малый угол d φ {\displaystyle d\varphi } . Обозначим через d → l {\displaystyle {\vec {d}}l} вектор, который направлен вдоль бесконечно малого отрезка d l {\displaystyle dl} и равен ему по модулю. Угол между вектором силы F → {\displaystyle {\vec {F}}} и вектором d → l {\displaystyle {\vec {d}}l} равен β {\displaystyle \beta } , а угол между векторами r → {\displaystyle {\vec {r}}} и F → {\displaystyle {\vec {F}}} — α {\displaystyle \alpha } .

Следовательно, бесконечно малая работа d A {\displaystyle dA} , совершаемая силой F → {\displaystyle {\vec {F}}} на бесконечно малом участке d l {\displaystyle dl} , равна скалярному произведению вектора d → l {\displaystyle {\vec {d}}l} и вектора силы, то есть d A = F → ⋅ d → l {\displaystyle dA={\vec {F}}\cdot {\vec {d}}l} .

Теперь попытаемся выразить модуль вектора d → l {\displaystyle {\vec {d}}l} через радиус-вектор r → {\displaystyle {\vec {r}}} , а проекцию вектора силы F → {\displaystyle {\vec {F}}} на вектор d → l {\displaystyle {\vec {d}}l} — через угол α {\displaystyle \alpha } .

Так как для бесконечно малого перемещения рычага d l {\displaystyle dl} можно считать, что траектория перемещения перпендикулярна рычагу r → {\displaystyle {\vec {r}}} , используя соотношения для прямоугольного треугольника, можно записать следующее равенство: d l = r t g d φ {\displaystyle dl=r\mathrm {tg} \,d\varphi } , где в случае малого угла справедливо t g d φ = d φ {\displaystyle \mathrm {tg} \,d\varphi =d\varphi } и, следовательно, | d l → | = | r → | d φ {\displaystyle \left|{\vec {dl}}\right|=\left|{\vec {r}}\right|d\varphi } .

Для проекции вектора силы F → {\displaystyle {\vec {F}}} на вектор d → l {\displaystyle {\vec {d}}l} видно, что угол β = π 2 − α {\displaystyle \beta ={\frac {\pi }{2}}-\alpha } , а так как cos ⁡ ( π 2 − α ) = sin ⁡ α {\displaystyle \cos {\left({\frac {\pi }{2}}-\alpha \right)}=\sin \alpha } , получаем, что | F → | cos ⁡ β = | F → | sin ⁡ α {\displaystyle \left|{\vec {F}}\right|\cos \beta =\left|{\vec {F}}\right|\sin \alpha } .

Теперь запишем бесконечно малую работу через новые равенства: d A = | r → | d φ | F → | sin ⁡ α {\displaystyle dA=\left|{\vec {r}}\right|d\varphi \left|{\vec {F}}\right|\sin \alpha } , или d A = | r → | | F → | sin ⁡ ( α ) d φ {\displaystyle dA=\left|{\vec {r}}\right|\left|{\vec {F}}\right|\sin(\alpha )d\varphi } .

Теперь видно, что произведение | r → | | F → | sin ⁡ α {\displaystyle \left|{\vec {r}}\right|\left|{\vec {F}}\right|\sin \alpha } есть не что иное, как модуль векторного произведения векторов r → {\displaystyle {\vec {r}}} и F → {\displaystyle {\vec {F}}} , то есть | r → × F → | {\displaystyle \left|{\vec {r}}\times {\vec {F}}\right|} , которое и было принято обозначить за момент силы M {\displaystyle M} , или модуль вектора момента силы | M → | {\displaystyle \left|{\vec {M}}\right|} .

Теперь полная работа записывается просто: A = ∫ 0 φ | r → × F → | d φ {\displaystyle A=\int \limits _{0}^{\varphi }\left|{\vec {r}}\times {\vec {F}}\right|d\varphi } , или A = ∫ 0 φ | M → | d φ {\displaystyle A=\int \limits _{0}^{\varphi }\left|{\vec {M}}\right|d\varphi } .

Специальные случаи

Формула момента рычага

Момент, действующий на рычаг

Очень интересен особый случай, представляемый как определение момента силы в поле:

| M → | = | M → 1 | | F → | , {\displaystyle \left|{\vec {M}}\right|=\left|{\vec {M}}_{1}\right|\left|{\vec {F}}\right|,}

где: | M → 1 | {\displaystyle \left|{\vec {M}}_{1}\right|} — момент рычага, | F → | {\displaystyle \left|{\vec {F}}\right|} — величина действующей силы.

Недостаток такого представления в том, что оно не дает направления момента силы, а только его величину. Если сила перпендикулярна вектору r → {\displaystyle {\vec {r}}} , момент рычага будет равен расстоянию от центра до точки приложения силы и момент силы будет максимален:

| T → | = | r → | | F → | . {\displaystyle \left|{\vec {T}}\right|=\left|{\vec {r}}\right|\left|{\vec {F}}\right|.}

Сила под углом

Если сила F → {\displaystyle {\vec {F}}} направлена под углом θ {\displaystyle \theta } к рычагу r, то M = r F sin ⁡ θ {\displaystyle M=rF\sin \theta } .

Статическое равновесие

Для того чтобы объект находился в равновесии, должна равняться нулю не только сумма всех сил, но и сумма всех моментов силы вокруг любой точки. Для двумерного случая с горизонтальными и вертикальными силами: сумма сил в двух измерениях Σ H = 0 , Σ V = 0 {\displaystyle \Sigma H=0,\,\Sigma V=0} и момент силы в третьем измерении Σ M = 0 {\displaystyle \Sigma M=0} .

Момент силы как функция от времени

Момент силы — производная по времени от момента импульса,

Видеоурок: вращающий момент M → = d L → d t , {\displaystyle {\vec {M}}={\frac {d{\vec {L}}}{dt}},}

где L → {\displaystyle {\vec {L}}} — момент импульса.

Возьмём твердое тело. Движение твёрдого тела можно представить как движение конкретной точки и вращения вокруг неё.

Момент импульса относительно точки O твёрдого тела может быть описан через произведение момента инерции и угловой скорости относительно центра масс и линейного движения центра масс.

L o → = I c ω → + . {\displaystyle {\vec {L_{o}}}=I_{c}\,{\vec {\omega }}+.}

Будем рассматривать вращающиеся движения в системе координат Кёнига, так как описывать движение твёрдого тела в мировой системе координат гораздо сложнее.

Продифференцируем это выражение по времени. И если I {\displaystyle I} — постоянная величина во времени, то

M → = I d ω → d t = I α → , {\displaystyle {\vec {M}}=I{\frac {d{\vec {\omega }}}{dt}}=I{\vec {\alpha }},}

где α → {\displaystyle {\vec {\alpha }}} — угловое ускорение, измеряемое в радианах в секунду за секунду (рад/с2). Пример: вращается однородный диск.

Если тензор инерции меняется со временем, то движение относительно центра масс описывается с помощью динамического уравнения Эйлера:

M c → = I c d ω → d t + . {\displaystyle {\vec {M_{c}}}=I_{c}{\frac {d{\vec {\omega }}}{dt}}+.}

Что значит «момент силы»

величина, характеризующая вращательный эффект силы при действии её на твёрдое тело; является одним из основных понятий механики. Различают М. с. относительно центра (точки) и относительно оси.

М. с. относительно центра О величина векторная. Его модуль Mo = Fh, где F ≈ модуль силы, a h ≈ плечо, т. е. длина перпендикуляра, опущенного из О на линию действия силы (см. рис.); направлен вектор Mo перпендикулярно плоскости, проходящей через центр О и силу, в сторону, откуда поворот, совершаемый силой, виден против хода часовой стрелки (в правой системе координат). С помощью векторного произведения М. с. выражается равенством Mo = , где r ≈ радиус-вектор, проведённый из О в точку приложения силы. Размерность М. с. ≈ L2MT2, единицы измерения ≈ н×м, дин×см (1 н×м = 107 дин×см) или кгс×м.

М. с. относительно оси величина алгебраическая, равная проекции на эту ось М. с. относительно любой точки О оси или же численной величине момента проекции Рху силы F на плоскость ху, перпендикулярную оси z, взятого относительно точки пересечения оси с плоскостью. Т. е.

Mz = Mo cos g = ╠ Fxyh1.

Знак плюс в последнем выражении берётся, когда поворот силы F с положительного конца оси z виден против хода часовой стрелки (тоже в правой системе). М. с. относительно осей x, y, z могут также вычисляться по формулам:

Рубрики: Мотоспорт

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *