Konie mechaniczne to jednostka mocy, a mile na godzinę to jednostka prędkości. Fizyka mówi nam, że moc i prędkość (lub prędkość) są powiązane równaniem Moc = Siła • Prędkość. Zgodnie z tą relacją, wszystko, co musimy wiedzieć, to siła wywierana na ciało, aby móc przekonwertować swoją moc na prędkość, jaką się porusza. Jednak siła, znana również jako ciąg, nie zawsze jest łatwa do ustalenia. Jednym ze sposobów na to jest zmierzenie masy obiektu, wykonanie testu przyspieszenia i zastosowanie drugiego prawa Newtona.
Co to jest moc w koniach mechanicznych?
Termin „konie mechaniczne” został wprowadzony przez Jamesa Watta, wczesnego twórcę silnika parowego. Ukuł termin, aby zmierzyć moc maszyny lub ilość pracy, którą była ona w stanie wykonać w określonym czasie. W fizyce praca to ilość siły potrzebna do przemieszczenia obiektu na określoną odległość. Opierając się na swoich obserwacjach koni, Watt zdefiniował jedną moc jako 33 000 stopofuntów na minutę lub 550 stopofuntów na sekundę. W systemie metrycznym jednostką mocy jest wat, którego nazwa pochodzi od wata, a 1 konie mechaniczne to 746 watów lub 0,746 kilowatów.
Siła pomiarowa
Być może zainteresuje Cię, jak szybko samochód z silnikiem rozwija określoną ilość moc może iść, ale zależność między mocą a prędkością można określić tylko na indywidualnie dla każdego przypadku. Dzieje się tak dlatego, że wartość siły, którą należy wprowadzić do równania mocy i prędkości, zależy od masy samochodu, a także od tego, jak szybko samochód przyspiesza. To są zmienne. Aby to zilustrować, zróbmy przykład z coupe Maserati GranTurismo 2017, które ma masę własną 4145 funtów. i silnik V8 o mocy 454 koni mechanicznych.
Aby zmierzyć siłę – lub ciąg – najpierw musisz znaleźć masę samochodu. Kiedy go ważysz, nie otrzymujesz masy, ale wagę, która jest masą pomnożoną przez przyspieszenie ziemskie, które wynosi 32/stopę/sekundę2. Jeśli mierzysz wagę w funtach, podziel tę liczbę przez 32 stopy/sekundę2 aby uzyskać masę w jednostkach zwanych ślimakami. Masa naszego Maserati to około 130 ślimaków.
Teraz nadszedł czas, aby przeprowadzić test przyspieszenia, aby sprawdzić, ile czasu zajmuje samochodowi osiągnięcie prędkości 100 km/h po zatrzymaniu. Przekształć tę końcową prędkość na stopy na sekundę i podziel ją przez czas potrzebny do osiągnięcia tej prędkości. To daje średnie przyspieszenie. Teraz masz wszystko, czego potrzebujesz, aby znaleźć ciąg wytwarzany przez silnik, ponieważ zgodnie z drugim prawem Newtona siła (ciąg) = masa • przyspieszenie.
Testy przyspieszenia przeprowadzone na Maserati GranTurismo 2017 potwierdzają, że może przyspieszyć od 0 do 60 mil na godzinę (88 stóp na sekundę) w około 5 sekund. Dzieląc maksymalną prędkość w stopach na sekundę przez 5 sekund, otrzymujemy średnie przyspieszenie 17,6 stopy/sekundę2. Oznacza to, że silnik rozwija się (130 uderzeń • 17,6 ft/s2) = 2288 funtów ciągu przy pełnym otwarciu przepustnicy.
Odnoszenie mocy w koniach mechanicznych do prędkości
Znasz moc silnika w koniach mechanicznych, a teraz znasz ciąg, więc możesz obliczyć prędkość, jaką przejedzie samochód, korzystając z zależności: Prędkość = Moc/Siła. Aby uzyskać odpowiedź, zauważamy, że 1 KM = 550 ft.-lb./s, a silnik rozwija 454 KM, czyli 249 700 ft.-lb./s. Dzielimy to przez ciąg obliczony w teście przyspieszenia. W związku z tym Maserati GranTurismo powinien być w stanie poruszać się z prędkością 109 stóp na sekundę, czyli nieco ponad 74 mil na godzinę, rozwijając taką wielkość ciągu.
Maserati może podróżować szybciej niż 74 mile na godzinę; samochód jest znany jako jeden z najszybszych – jeśli nie najszybszy – samochodów na świecie. Jednak nie rozwinie swojej maksymalnej prędkości, rozwijając taką siłę ciągu. Prędkość i siła są w odwrotnej zależności, więc zmniejszenie przyspieszenia, które zmniejsza siłę, jaką silnik musi wywierać, zwiększa prędkość. Jeśli posiadasz Maserati i chcesz zobaczyć, jak naprawdę jedzie, delikatnie dodawaj gazu.