Η ιπποδύναμη είναι μια μονάδα ισχύος και τα μίλια ανά ώρα είναι μια μονάδα ταχύτητας. Η Φυσική μας λέει ότι η ισχύς και η ταχύτητα (ή ταχύτητα) σχετίζονται με την εξίσωση Ισχύς = Δύναμη • Ταχύτητα. Σύμφωνα με αυτήν τη σχέση, το μόνο που πρέπει να γνωρίζουμε είναι η δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα για να μπορεί να μετατρέψει μεταξύ της δύναμής του και της ταχύτητας που ταξιδεύει. Ωστόσο, η δύναμη, επίσης γνωστή ως ώθηση, δεν είναι πάντα εύκολο να προσδιοριστεί. Ένας τρόπος να το κάνετε είναι να μετρήσετε τη μάζα του αντικειμένου, να κάνετε μια δοκιμή επιτάχυνσης και να εφαρμόσετε τον Δεύτερο Νόμο του Νεύτωνα.
Τι είναι η Ιπποδύναμη;
Ο όρος "ιπποδύναμη" εισήχθη από τον James Watt, έναν πρώιμο προγραμματιστή της ατμομηχανής. Επινόησε τον όρο για να μετρήσει τη δύναμη μιας μηχανής, ή το μέγεθος της εργασίας που μπορούσε να κάνει σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα. Στη φυσική, η εργασία είναι το ποσό δύναμης που απαιτείται για να μετακινήσετε ένα αντικείμενο σε μια συγκεκριμένη απόσταση. Με βάση την παρατήρησή του για τα άλογα, ο Watt όρισε μια ιπποδύναμη ως 33.000 πόδια-λεπτό / λεπτό, ή 550 πόδια-λίβρα / δευτερόλεπτο. Στο μετρικό σύστημα, η μονάδα ισχύος είναι το watt, το οποίο ονομάζεται Watt, και 1 ιπποδύναμη είναι ίση με 746 watt ή 0,746 kilowatt.
Μέτρηση Δύναμης
Ίσως σας ενδιαφέρει πόσο γρήγορα ένα αυτοκίνητο με κινητήρα αναπτύσσει ένα ορισμένο ποσό Η ιπποδύναμη μπορεί να πάει, αλλά μπορείτε να καθορίσετε μόνο τη σχέση μεταξύ ισχύος και ταχύτητας σε ένα κατά περίπτωση. Αυτό συμβαίνει επειδή η τιμή για τη δύναμη που πρέπει να συνδέσετε στην εξίσωση που σχετίζεται με την ισχύ και την ταχύτητα εξαρτάται από το βάρος του αυτοκινήτου καθώς και από το πόσο γρήγορα επιταχύνεται το αυτοκίνητο. Αυτές είναι μεταβλητές. Για παράδειγμα, ας κάνουμε ένα παράδειγμα με ένα κουπέ coupe Maserati GranTurismo του 2017, το οποίο έχει βάρος συγκράτησης 4,145 lbs. και V8 κινητήρα που αναπτύσσει 454 ίππους.
Για να μετρήσετε τη δύναμη - ή την ώθηση - πρέπει πρώτα να βρείτε τη μάζα του αυτοκινήτου. Όταν το ζυγίζετε, δεν παίρνετε πραγματικά τη μάζα, αλλά το βάρος, που είναι η μάζα πολλαπλασιαζόμενη με την επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας, η οποία είναι 32 / πόδια / δευτερόλεπτο2. Εάν μετρήσετε το βάρος σε λίβρες, διαιρέστε τον αριθμό με 32 πόδια / δευτερόλεπτο2 για να πάρει τη μάζα σε μονάδες που ονομάζονται γυμνοσάλιαγκες. Η μάζα του Maserati μας είναι περίπου 130 γυμνοσάλιαγκες.
Τώρα ήρθε η ώρα να κάνετε μια δοκιμή επιτάχυνσης για να βρείτε πόσο χρόνο χρειάζεται το αυτοκίνητο για να φτάσει σε ταχύτητα 60 μιλίων ανά ώρα από ακινησία. Μετατρέψτε αυτήν την τελική ταχύτητα σε πόδια / δευτερόλεπτο και διαιρέστε την με το χρόνο που χρειάστηκε για να επιτύχετε αυτήν την ταχύτητα. Αυτό σας δίνει τη μέση επιτάχυνση. Τώρα έχετε όλα όσα χρειάζεστε για να βρείτε την ώθηση που αναπτύχθηκε από τον κινητήρα, επειδή, σύμφωνα με το δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, Force (Thrust) = Mass • Acceleration.
Οι δοκιμές επιτάχυνσης που πραγματοποιήθηκαν στο Maserati GranTurismo του 2017 επιβεβαιώνουν ότι μπορεί να επιταχυνθεί από 0 έως 60 μίλια ανά ώρα (88 πόδια ανά δευτερόλεπτο) σε περίπου 5 δευτερόλεπτα. Διαιρώντας τη μέγιστη ταχύτητα σε πόδια ανά δευτερόλεπτο με 5 δευτερόλεπτα, έχουμε μια μέση επιτάχυνση 17,6 πόδια / δευτερόλεπτο2. Αυτό σημαίνει ότι ο κινητήρας αναπτύσσεται (130 slugs • 17,6 ft / s2) = 2.288 λίβρες ώθησης σε πλήρες γκάζι.
Σχέση ιπποδύναμης με ταχύτητα
Γνωρίζετε την ιπποδύναμη του κινητήρα και τώρα γνωρίζετε την ώθηση, ώστε να μπορείτε να υπολογίσετε την ταχύτητα που θα ταξιδέψει το αυτοκίνητο χρησιμοποιώντας τη σχέση: Ταχύτητα = Ισχύς / Δύναμη. Για να φτάσουμε σε μια απάντηση, σημειώνουμε ότι 1 Ιπποδύναμη = 550 ft.-lb./s, και ο κινητήρας αναπτύσσει 454 HP, δηλαδή 249.700 ft.-lb./s. Το διαιρούμε με την ώθηση που υπολογίζεται στη δοκιμή επιτάχυνσης. Κατά συνέπεια, το Maserati GranTurismo θα πρέπει να μπορεί να ταξιδεύει με ταχύτητα 109 πόδια / δευτερόλεπτο, ή λίγο πάνω από 74 μίλια την ώρα, ενώ αναπτύσσει αυτή την ποσότητα ώσης.
Ένα Maserati μπορεί πραγματικά να ταξιδεύει γρηγορότερα από 74 μίλια ανά ώρα. το αυτοκίνητο είναι γνωστό ως ένα από τα γρηγορότερα - αν όχι ταχύτερα - αυτοκίνητα στον κόσμο. Ωστόσο, δεν θα αναπτύξει την τελική του ταχύτητα ενώ θα αναπτύξει αυτό το ποσό ώθησης. Η ταχύτητα και η δύναμη βρίσκονται σε αντίστροφη σχέση, οπότε η μείωση της επιτάχυνσης, η οποία μειώνει τη δύναμη που πρέπει να ασκήσει ο κινητήρας, αυξάνει την ταχύτητα. Εάν είστε ιδιοκτήτης ενός Maserati και θέλετε να δείτε πόσο γρήγορα πηγαίνει, να είστε ευγενικοί στο γκάζι.