Comment calculer la puissance en chevaux ou en watts, ce que signifient ces termes et pourquoi ces termes sont importants.
Étape
Étape 1. Passez en revue les bases
Le mot puissance est défini comme l'intervalle de temps pour effectuer un travail. Pendant ce temps, le travail est un terme ancien pour mesurer l'efficacité d'une force appliquée pour déplacer un objet inerte ou faire face à un obstacle ou à un autre obstacle et couvrir une distance.
- Le point ici est que pour faire un « travail », une force doit parcourir une distance. Par exemple, si une hélice avec une force de 300 N déplace un navire dans l'eau de 80 m, alors le travail effectué est FORCE x DISTANCE = 300 x 80 = 24 000 "Nm/Joule" --- on peut donc dire que l'hélice l'hélice a fait 24 000 joules de travail.
- Considérez le temps qu'il faudra pour déplacer le navire sur cette distance. Supposons que le navire parcourt cette distance à une vitesse de 20 m par seconde (m/s). Pour parcourir une distance de 80 m, le navire met 80/20 = 4 secondes. Ainsi, l'hélice du navire effectue 24 000 joules de travail en 4 secondes, la puissance est donc appliquée à un taux de 24 000/4 = 6 000 joules par seconde (J/s).
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Comprendre le contexte historique du timing. À l'époque où les moteurs à essence et la vapeur étaient utilisés pour propulser les premiers trains et navires (le premier navire à utiliser une hélice était le HMS Britain dont le premier voyage a eu lieu en 1846 et utilisait une hélice à 6 pales, qui ressemble à un moulin à vent), les chevaux font un travail très ardu et varié. De manière unique, les gens mesurent l'effort qu'un cheval peut faire et calculent le temps. Après avoir recherché la moyenne d'un certain nombre d'essais, ils ont décidé de 746 J/s comme taux de travail standard effectué par un cheval en bonne santé. Plus tard, cette norme est devenue connue sous le nom de « puissance en chevaux ». 746 Joules par seconde en une puissance (hp). C'est encore vrai aujourd'hui.
746 X 60 = 44 760 Joules par minute, ce qui équivaut à: un hp
- Une autre unité universelle de puissance, désormais généralement limitée aux équipements électroniques et électriques et basée sur le système métrique MKS (mètre-kilogramme-seconde/seconde), est le "watt". Si un Newton de force parcourt une distance d'un mètre, alors un joule de travail a été fait; si la force prend une seconde pour faire un joule de ce travail, alors la consommation d'énergie est d'un watt. Un watt équivaut donc à un joule par seconde.
Étape 2. Considérez l'industrie dans le besoin en ce moment
Dans la plupart des cas dans l'industrie, nous travaillons avec des machines tournantes et non des machines à mouvement rectiligne comme un cheval labourant avec une herse sur 160 000 m² de terrain. Ainsi, nous devrions être en mesure de déterminer la puissance de sortie de choses comme les moteurs électriques, les moteurs à vapeur, les turbines, les diesels, etc., et ainsi, nous apprenons à connaître le sujet du couple.
- Le couple est une mesure de la tendance à changer de direction ou à faire pivoter quelque chose ou à donner un mouvement de rotation à un objet sur certains axes. Si vous appuyez sur la poignée d'un levier de cinq mètres avec une force de 20 Newtons, vous appliquez un couple de 5 X 20 = Newton-mètres.
- Maintenant, voici la difficulté et peut prêter à confusion. Pour calculer le travail linéaire sur une ligne droite, vous multipliez la force par le déplacement. Encore une fois, vous multipliez la force dans les mêmes unités que le déplacement, mais dans ce cas, le déplacement est le "bras de levier" et même si vous produisez un couple, à moins que quelque chose ne tourne, il n'y a pas de mouvement et donc pas de travail.
- Travail et couple, bien qu'ils semblent mesurés dans la même unité, sont en réalité très différents. Aucun travail n'est effectué avant que le couple ne produise une rotation réelle et, par conséquent, aucune puissance n'est utilisée.
- Le travail est mesuré en Joules (J) tandis que le couple est mesuré en Newton.mètres (Nm) pour différencier les deux.
Étape 3. Mesurez le travail s'il y a un mouvement ou un "déplacement" de rotation
Supposons qu'un levier soit fermement verrouillé à son point d'appui qui se termine par un axe et que votre main, appliquant une force de 20 N comme précédemment, parcoure une distance de deux mètres le long du cercle représenté par le levier de cinq mètres, puis le travail est effectué, comme dans le cas d'une droite ci-dessus, égale à la force multipliée par le déplacement ou 20 X 2 = 40 Newton mètres. Supposons que vous multipliez et divisez simultanément ce nombre par le levier ou "bras de levier" de 5 mètres de long. Évidemment, cela ne changera pas le résultat, vous pouvez donc écrire:
- Travail = 5 X 20 X 2/5 et le résultat est de 40 Joules comme avant, mais est-ce que 5 X 20 est supérieur à cela ? Vous venez de voir que c'est du couple.
- Qu'est-ce que « 2/5 » ? Le déplacement linéaire de 2 mètres divisé par le bras de levier vous indique à quelle distance vous avez tourné l'essieu en unités angulaires appelées radians. Un radian, utilisé universellement en physique et en génie mécanique, est défini comme l'angle entre deux rayons d'un cercle tel que les points sur la circonférence d'un cercle où les deux rayons se croisent, sont séparés par la longueur des rayons du cercle. Ce calcul est très proche de 57 degrés ou est aussi l'angle formé au centre du cercle par un arc qui est égal au rayon du cercle à la circonférence du cercle.
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On peut donc dire que le travail effectué par un couple qui produit un déplacement en rotation (thêta) radians est égal au couple (L)
- fois le déplacement de rotation ou
- travail = L X thêta en joules
Étape 4. Notez que vous êtes beaucoup plus intéressé par la quantité de puissance dans la rotation du moteur et du moteur, c'est-à-dire l'intervalle de temps pour effectuer le travail de rotation:
- puissance de rotation = couple X déplacement angulaire (radians)/temps (secondes)
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En physique, la vitesse angulaire est écrite en radians par seconde, mais tout moteur de moteur ou d'avion ou de navire que vous voyez est toujours mesuré en tr/min (tours par minute), nous devons donc changer cela.
- Un tour par minute (tr/min) = 60 tours/seconde = 60 rps, mais un tour par seconde = 2 X pi radians par seconde
- Ainsi, la puissance en Joules par seconde d'un appareil tournant, produisant un couple, L, et tournant à une vitesse S rpm, est
- Puissance = S/60 X (2 pi) X L en J/s et comme écrit précédemment, pour la convertir en chevaux, il faut diviser par 746 ou
- Puissance moteur = (2 pi)/44,760 X L X S où L est le couple mesuré en Newton mètres (généralement avec un frein Prony) et S est la vitesse de rotation en tr/min qui peut être mesurée avec un compteur, un stroboscope, un laser, etc. De cette façon, les courbes de performance des moteurs de voitures et de motos peuvent être représentées sous la forme d'un graphique du couple en fonction du régime. et la puissance (ch) en fonction du régime moteur en tr/min. et les techniciens automobiles peuvent voir ses performances optimales à partir de ces graphiques.
