力、功、力矩和能量(編輯修改稿)
2024-07-23 20:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 個不同發(fā)動機生成的最大力矩和功率。其中一個發(fā)動機是渦輪增壓式卡特彼勒C12柴油卡車發(fā)動機。此發(fā)動機重約900千克，排量為12升。另一個發(fā)動機是經(jīng)過大幅改進的福特眼鏡蛇Cobra發(fā)動機，；它增加了個增壓器，全重約180公斤。二者的最大功率都能達到約30馬力(hp)，但只有前者適于牽引重型卡車。其原因可用上面顯示的功率/力矩曲線進行部分解釋。 當動畫暫停后，您會看到卡特彼勒發(fā)動機在轉速為1200 轉/分（rpm）時生成了2237牛頓米的力矩，此時功率為377馬力。在轉速為5600轉/分時，福特眼鏡蛇發(fā)動機的功率也達到377馬力，但只生成了480牛頓米的力矩。如果您讀過關于齒輪比的文章，您可能正在思考如何讓眼鏡蛇發(fā)動機也生成2237牛頓米的力矩。:1，輸出轉速將變?yōu)?200 轉/分，這樣力矩就將達到2237牛頓米——與大型卡特彼勒發(fā)動機的力矩完全相同。 現(xiàn)在您可能會想，為什么大型卡車不使用小型燃氣發(fā)動機代替大型柴油發(fā)動機呢？在上面的示例中，大型卡特彼勒發(fā)動機只需將轉速保持在1200轉/分即可產(chǎn)生377馬力的功率。這樣發(fā)動機負載較小，運轉平穩(wěn)。而若要產(chǎn)生同樣的功率，小型燃氣發(fā)動機就需要急速運轉到5600轉/分。在這樣的速度和功率輸出下，小型燃氣發(fā)動機很難長期維持。而大型卡車發(fā)動機則可以使用多年，每年行駛幾十萬公里不成問題。功的概念很簡單，它是指物體在力的作用下通過一段距離。需要注意的是，這里的距離僅指沿力的方向通過的距離。將重物從地面提到架子上就是做功的一個好例子。其中，力的大小等于物體的重量，距離則等于架子的高度。如果重物放在另一個房間內(nèi)，您需要先將它搬起，穿過那個房間，然后才能將其置于架子上。在這種情況下，您做的功就像重物直接位于架子下方時一樣。表面上看，您好像多做了功，但當您帶著重物行走時，您是在水平移動，而重物的受力方向則是垂直的。 同樣，您的汽車也會做功。當汽車行駛時，它必須生成一個力，以抵御摩擦力和氣動阻力的影響。當汽車攀爬山坡時，它所做的功與您提起重物時所做功的性質相同。但是，當汽車開下山坡時，它又會找回爬坡時所做的功。因為山坡有助于汽車向下行駛。 功等于消耗的能量。當您在做功時，實際上是在消耗能量。但這種能量有時是可以恢復的。當汽車爬坡時，它所做的功又可幫助它返回地平面。功和能量是緊密相關的。功的單位與能量的單位相同，稍后我們將詳細討論。功率是衡量做功快慢的單位。通過杠桿，您也許能夠產(chǎn)生200英尺磅的力矩。但您能每分鐘旋轉連桿3000次嗎？這正是汽車發(fā)動機所做的工作。 在國際單位制中，功率的單位是瓦特(W)。瓦特可以用我們前面討論的其他單位來表示。1瓦特等于1牛頓米/秒(Nm/s)。通過將力矩與轉速相乘，我們可以得到以瓦特為單位的功率。理解功率的另一種方法是將其視為轉速單位(m/s)與力的單位(N)的組合。如果您對某個物體施加1牛的推力，使該物體的運動速度達到1米/秒，那么輸出的功就是1瓦特。 若要計算您可以輸出多大的功率，一個有趣的方法是看您能以多快的速度爬上一段樓梯。 1. 測量可讓您爬上三個樓層的一組樓梯的高度。 2. 以最快的速度爬完樓梯，并記下所需的時間。 3. 將樓梯的高
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