力、功、力矩和能量-文庫吧資料
2025-07-02 20:57本頁面
【正文】 3. 將樓梯的高度除以爬完樓梯所需的時(shí)間。 1. 測量可讓您爬上三個(gè)樓層的一組樓梯的高度。如果您對(duì)某個(gè)物體施加1牛的推力，使該物體的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到1米/秒，那么輸出的功就是1瓦特。通過將力矩與轉(zhuǎn)速相乘，我們可以得到以瓦特為單位的功率。瓦特可以用我們前面討論的其他單位來表示。但您能每分鐘旋轉(zhuǎn)連桿3000次嗎？這正是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所做的工作。功率是衡量做功快慢的單位。功和能量是緊密相關(guān)的。但這種能量有時(shí)是可以恢復(fù)的。 功等于消耗的能量。但是，當(dāng)汽車開下山坡時(shí)，它又會(huì)找回爬坡時(shí)所做的功。當(dāng)汽車行駛時(shí)，它必須生成一個(gè)力，以抵御摩擦力和氣動(dòng)阻力的影響。表面上看，您好像多做了功，但當(dāng)您帶著重物行走時(shí)，您是在水平移動(dòng)，而重物的受力方向則是垂直的。如果重物放在另一個(gè)房間內(nèi)，您需要先將它搬起，穿過那個(gè)房間，然后才能將其置于架子上。將重物從地面提到架子上就是做功的一個(gè)好例子。功的概念很簡單，它是指物體在力的作用下通過一段距離。在這樣的速度和功率輸出下，小型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)很難長期維持。這樣發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載較小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。:1，輸出轉(zhuǎn)速將變?yōu)?200 轉(zhuǎn)/分，這樣力矩就將達(dá)到2237牛頓米——與大型卡特彼勒發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩完全相同。在轉(zhuǎn)速為5600轉(zhuǎn)/分時(shí)，福特眼鏡蛇發(fā)動(dòng)機(jī)的功率也達(dá)到377馬力，但只生成了480牛頓米的力矩。其原因可用上面顯示的功率/力矩曲線進(jìn)行部分解釋。另一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)是經(jīng)過大幅改進(jìn)的福特眼鏡蛇Cobra發(fā)動(dòng)機(jī)，；它增加了個(gè)增壓器，全重約180公斤。其中一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪增壓式卡特彼勒C12柴油卡車發(fā)動(dòng)機(jī)。 圖3. 兩個(gè)不同發(fā)動(dòng)機(jī)的模擬測力計(jì)測試（單擊此處查看大圖）。如果扣住扳手時(shí)，扳手的手柄指向正上方，那么踩在手柄的頂部（假設(shè)您能保持平衡）根本不會(huì)松動(dòng)方形螺帽。此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何力矩，因?yàn)橹挥醒卮怪狈较蜃饔糜谶B桿的力才能產(chǎn)生力矩。 您可能會(huì)奇怪，在這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的力矩決定因素中，為什么只有水平距離才有效。在圖2中，請(qǐng)注意連桿與曲軸的連接點(diǎn)距曲軸中心有一段距離。在壓力的作用下，活塞將向下運(yùn)動(dòng)。這個(gè)力矩的產(chǎn)生方式與上面完全相同：在一定的距離上施加力。如果扳手的長度是40 厘米，則只需施加50牛頓的力即可產(chǎn)生相同的力矩。若要計(jì)算力矩，只需將力乘以中心距即可。 力矩的英制單位是磅寸或磅尺，國際單位制是牛頓米。當(dāng)您使用扳手時(shí)，會(huì)對(duì)它的手柄施加一個(gè)力。每當(dāng)您使用扳手施加力時(shí)，都會(huì)生成一個(gè)力矩。 最后，汽車到達(dá)最高速度，驅(qū)動(dòng)力等于空氣阻力，此時(shí)沒有了加速度，速度也不能增加。從圖1中可以看出，代表力的箭頭開始時(shí)較大，這是因?yàn)槠嚻鸩綍r(shí)加速度很大。 圖1. 汽車受力動(dòng)畫 當(dāng)汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些新的力。讓我們看一張汽車圖片。如果汽車具有這種加速度，那么它可以在3秒內(nèi)加速到97公里/小時(shí)。因此，當(dāng)它下落5秒時(shí)，其速度將達(dá)到49米/秒。重力加速度通常用g表示。在英制單位中，1磅質(zhì)量則是指讓1磅的力產(chǎn)生32英尺/秒2 加速度的質(zhì)量。實(shí)際上，力和質(zhì)量就是這樣定義的。牛頓第二定律通常用以下等式表示： a=F/m或F=ma 為了紀(jì)念牛頓的功績，國際單位制將力的標(biāo)準(zhǔn)單位命名為牛頓。根據(jù)牛頓第二定律，物體的加速度與所受的力(F)成正比，
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