Как бензиновый, так и дизельный двигатель преобразуют энергию топлива в работу посредством серии взрывов или сгорания. Основное различие между дизельными двигателями и газовыми двигателями заключается в том, как происходит сгорание. В газовом двигателе топливо смешивается с воздухом, сжимается в цилиндре поршнем и воспламеняется свечами зажигания. Однако в дизельном двигателе сначала сжимается воздух, а затем впрыскивается топливо. Поскольку воздух нагревается при сжатии, топливо воспламеняется.

Прикладная физика бензиновых двигателей, часть 1

См.

За редкими исключениями, большинство студентов приступают к этому упражнению, не имея ни малейшего представления о том, что происходит внутри автомобильного двигателя. (Те, у кого есть опыт работы с механикой, получают роли помощников преподавателя.) Большинство взаимодействий учащихся с автомобилем состоит в том, чтобы заправить бак бензином и направить машину на дорогу. Эта небрежность предполагает, что в нашем обществе мы воспринимаем наши машины как должное, довольствуясь тем, что не понимаем, как они работают, даже несмотря на то, что мы все больше зависим от них. Я уверен, что такое отсутствие любопытства совершенно чуждо студентам-физикам.

В этой статье мы исследуем внутреннюю работу бензинового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, который приводит в действие большинство автомобилей, легких грузовиков, мотоциклов, легких самолетов и газонокосилок. Базовый дизайн датируется примерно 1890 годом; его долговечность указывает на его надежность. С тех пор четырехтактные бензиновые двигатели стали намного более эффективными и мощными, становясь все более сложными по мере того, как мы предъявляем к ним все более высокие, часто противоречивые требования. Но основная конструкция двигателя Ferrari V12 имеет много общего с двухцилиндровым двигателем 189.9 Фиат. Основные идеи, лежащие в основе двигателя, можно понять, изучив простейший из двигателей, одноцилиндровый двигатель газонокосилки с воздушным охлаждением и клапанами в блоке, который оснащен зажиганием от магнето, ручным пуском и смазкой разбрызгиванием. Вариации этого двигателя десятилетиями производились такими марками, как Briggs & Stratton, Jacobsen и Tecumseh. В силу своей простоты эти машины без излишеств предлагают всем двигателям уровень понимания, аналогичный по глубине тому, который предлагает атом водорода для всех атомов.[2]

На примере двигателя газонокосилки в этой первой части серии, состоящей из двух частей, мы обрисовываем базовую структуру четырехтактного бензинового двигателя, а также его смазку и охлаждение. Мы также определяем термодинамический верхний предел эффективности четырехтактного бензинового двигателя. Попутно отмечаем отличия одноцилиндрового двигателя косилки от более сложных четырехтактных двигателей.

Часть 2, которая будет опубликована в следующем номере журнала, посвящена воздушной и топливной системам двигателя, а также системе зажигания с ее магнето, RLC-схемой и свечой зажигания. За этими техническими примечаниями последуют наблюдения о наших отношениях с нашими автомобилями. К ним относятся ценить и уважать эти чудесные машины, одновременно осознавая высокую цену, которую платит общество и окружающая среда, чтобы поддерживать их огромное количество. Мы закончим кратким обзором отношений между известными физиками и их моторизованными товарищами.

Устройство двигателя и четырехтактный цикл

Двигатель получает энергию путем теплопередачи от источника при одной или нескольких высоких температурах, преобразует часть подводимого тепла в работу и отдает оставшуюся энергию в виде тепла в окружающую среду при низких температура.[3] В бензиновом двигателе подвод тепла происходит за счет периодического взрывного горения порции испарившегося бензина. Энергия каждого взрыва толкает поршень в цилиндр (названия деталей и процессов при первом упоминании выделены курсивом). Вместо того, чтобы вылететь из цилиндра через гараж, линейное движение поршня преобразуется в угловой момент коленчатым валом. Чтобы увидеть коленчатый вал в действии, представьте, что вы едете на велосипеде; линейное движение ваших коленей вверх-вниз преобразуется во вращение педалями, которые смещены относительно оси вращения звездочки.

Основной корпус двигателя представляет собой экзоскелет, называемый блоком, удивительно сложное литье, которое поддерживает вращающиеся или скользящие детали на критических поверхностях, обработанных с точностью до тысячной доли дюйма (рис. 2). Доминантой в блоке являются одно или несколько крупных отверстий, упомянутых выше цилиндров. Мотор косилки, который мы здесь разбираем, имеет один цилиндр. Поршень соединен с коленчатым валом шатуном (рис. 3; в аналогии с велосипедом шатуном служит голень). Верхний конец штока крепится внутри поршня поршневым штифтом, от которого шток качается туда-сюда, как маятник. Нижний конец шатуна имеет съемный колпачок, который плотно прилегает к шатунной шейке, смещенной части коленчатого вала. Поскольку массы поршня, шатуна и шатунной шейки лежат вне оси вращения коленчатого вала, в коленчатый вал врезаны противовесы, чтобы сбалансировать весь узел относительно этой оси. Коленчатый вал удерживается на месте коренными подшипниками в блоке под цилиндром.

В последующем обсуждении мы представляем себе цилиндр, ориентированный вертикально, и коленчатый вал, расположенный под цилиндром горизонтально. На многих косилках двигатель устанавливается с горизонтальным цилиндром и вертикальным коленчатым валом, чтобы лезвие вращалось горизонтально. Большинство автомобилей имеют четыре или более цилиндров с коленчатым валом, расположенным горизонтально. Цилиндры могут располагаться вертикально по прямой линии (например, Pontiac «прямой-8» 1954 года выпуска), они могут быть наклонены в два ряда, образуя букву V (например, Corvette «V8»), или они могут располагаться горизонтально или « плоский», чтобы понизить центр тяжести (например, Porsche 911 «Квартира-6»).

Движение поршня из нижней точки цилиндра (нижняя мертвая точка, или НМТ) в верхнюю точку (верхняя мертвая точка, или ВМТ) или в обратном направлении от ВМТ к НМТ, составляет один такт работы двигателя . Во время каждого такта коленчатый вал поворачивается на пол-оборота. Термин «ход» также относится к расстоянию между ВМТ и НМТ. Диаметр цилиндра называется отверстием. Объем, определяемый ходом и диаметром цилиндра, объем, вытесняемый верхней поверхностью поршня за один ход, является рабочим объемом этого цилиндра. Рабочий объем всех цилиндров двигателя является одним из показателей его производительности. Если у вас «Корвет 427», рабочий объем его восьми цилиндров равен 427 кубическим дюймам. Разработчики двигателей, использующие метрические единицы измерения, описывают рабочий объем в литрах или кубических сантиметрах.

Энергетическая плотность бензина составляет около 45 мегаджоулей на килограмм.[4] Чем больше бензина поступает в двигатель за цикл его работы, тем большую мощность он может выдать. Среди двигателей одинаковой конструкции выходная мощность зависит от рабочего объема. Автомобили с бензиновым двигателем первого поколения, построенные в 1890-х годах, производили примерно столько же энергии, сколько двигатель нашей косилки, а машины, на которых они работали, работали примерно так же, как одна из сегодняшних небольших газонокосилок. Участники первой в мире автогонки 189 г.5, из Парижа в Бордо и обратно, включал 15 автомобилей с бензиновым двигателем (специализированных гоночных автомобилей еще не существовало), один электромобиль и шесть пароходов. Гонку выиграл Эмиль Левассор на своем Panhard-Levassor с двигателем Daimler объемом 1200 куб. См (73 куб. Дюйма) мощностью 3,5 лошадиных силы (1 л.с. = 745,7 Вт). Левассор проехал 723 мили практически без остановок со средней скоростью 14,9 миль в час. Мотор газонокосилки, предназначенный для мотокос, выдает около 3,75 л.с. при рабочем объеме около 12 куб. дюйм[6] Его столетняя конструкция все еще производится сегодня, потому что для его предполагаемого использования доминирующим достоинством является простота.

Для увеличения мощности были быстро увеличены объемы двигателей первого поколения. Первый Гран-при для специализированных гоночных автомобилей состоялся в Ле-Мане, Франция, в 1906 году. Двигатель победившего Renault имел рабочий объем 12,8 л (781 куб. Дюйм), развивал 105 л.с. и разгонял автомобиль до средней скорости 62,88. миль в час, что означает, что он ехал около 100 миль в час на прямых. Но революция в эффективности была не за горами, когда мощность на рабочий объем стала бы столь же важной, как и сам рабочий объем. Peugeot, выигравший 1912 Гран-при Франции с двигателем всего 7,6 литра, конкурируя с огромными 14-литровыми Fiat и 15-литровыми Lorraine-Dietrichs. Некоторые из конструктивных изменений, которые привели к более высокому соотношению мощности к рабочему объему, будут описаны ниже, поскольку мы исследуем простую конструкцию двигателя косилки, которая перекликается с автомобильными двигателями первого поколения.

В верхней части цилиндра находится головка (рис. 4), с прокладкой головки, расположенной между блоком и головкой для обеспечения герметичности при затягивании болтов головки (примерно до 12 футо-фунтов). Пространство между поршнем в ВМТ и выемкой головки над цилиндром образует камеру сгорания. Подача искры на летучую смесь бензина и воздуха в камере сгорания толкает поршень вниз по цилиндру, чтобы раскрутить коленчатый вал благодаря шатуну. Как топливно-воздушная смесь попадает в цилиндр, как из него удаляются продукты сгорания и как подается искра в ответственный момент?

Двигатель нашей косилки имеет два клапана, обеспечивающих проход в цилиндр, впускной клапан и выпускной клапан. Рассмотрим двигатель, работающий на скорости (частота вращения двигателя измеряется в об/мин, угловая скорость коленчатого вала — в оборотах в минуту). Начнем с момента, когда оба клапана закрыты и поршень мгновенно находится в ВМТ. Это состояние знаменует собой начало четырехтактного цикла работы двигателя: такты впуска, сжатия, рабочего хода и такта выпуска.

(1) Такт впуска: при вращении коленчатого вала поршень движется вниз и открывается впускной клапан. Разница давлений внутри цилиндра и наружного воздуха выталкивает воздушно-топливную смесь в цилиндр, когда поршень опускается. Когда поршень достигает НМТ, впускной клапан закрывается.

(2) Такт сжатия: Поршень движется обратно вверх при закрытых обоих клапанах, сжимая топливно-воздушную смесь. Пусть V2 — объем газа внутри цилиндра, когда поршень находится в НМТ, а V1 — объем, при котором поршень находится в ВМТ. Степень сжатия V2/V1 предлагает еще один показатель производительности двигателя. Двигатели, предназначенные для работы в течение длительного времени, такие как двигатели косилок, должны работать с низкой нагрузкой и обычно иметь степень сжатия около 4 или 5; двигатели для соревнований могут иметь степень сжатия 10 или выше. Так как такт сжатия происходит быстро, во время такта во внешний мир отводится незначительное количество тепла («адиабатический» процесс), а температура топливовоздушной смеси повышается.

(3) Рабочий ход: Когда поршень достигает ВМТ в конце такта сжатия, зажигается свеча зажигания, воспламеняющая топливовоздушную смесь. Пламя стремительно проносится через камеру сгорания, повышая температуру и совершая работу, толкая поршень вниз в рабочем такте. Хотя воспламенение топлива высвобождает огромную внутреннюю энергию в цилиндр, незначительная энергия уходит в виде теплопроводности во время быстрого рабочего такта, поэтому этот такт также является адиабатическим.

(4) Такт выпуска: когда поршень движется вверх от НМТ, открывается выпускной клапан, и поршень выталкивает выхлопные газы из цилиндра. Они вытекают через глушитель (с перегородками для гашения шума) в атмосферу. Двигатель обменивается теплом с окружающей средой во время тактов выпуска и впуска, выбрасывая горячие выхлопные газы и втягивая относительно холодные впускные газы. В конце такта выпуска поршень возвращается в ВМТ, оба клапана закрыты, и цилиндр готов к повторению четырехтактного цикла.

Что открывает и закрывает клапаны и дает искру в нужный момент? Параллельно коленчатому валу движется распределительный вал, который имеет выступы или кулачки (рис. 5). Через пару зацепленных зубчатых колес, по одному на конце каждого вала, вращающийся коленчатый вал вращает распределительный вал. В нашем двигателе косилки шестерня коленчатого вала имеет 20 зубьев, а шестерня распределительного вала имеет 40 зубьев, вращая распределительный вал со скоростью, равной половине угловой скорости коленчатого вала. Перпендикулярно распределительному валу и на кулачках расположены толкатели клапанов, а сами клапаны стоят над толкателями. Когда распределительный вал вращается, кулачок поднимает толкатель и клапан, открывая проход в камеру сгорания. Когда кулачок выкатывается из-под толкателя, пружины клапана снова закрывают клапан (рис. 6). На распредвале нашего одноцилиндрового мотора с двумя клапанами кулачки ориентированы 90 градусов друг от друга, потому что впускной и выпускной клапаны открываются на соседних ходах. Один ход равен половине оборота коленчатого вала и, следовательно, четверти оборота распределительного вала. На обеих зубчатых шестернях есть метки, которые необходимо совместить, чтобы клапаны открывались в нужное время в течение цикла (рис. 7).

В четырехтактном цикле одноцилиндровый двигатель обеспечивает один рабочий такт на каждые два оборота коленчатого вала.[8] С двумя цилиндрами рабочий ход происходит каждый оборот. Четыре цилиндра производят рабочий ход каждые пол-оборота. Восемь цилиндров обеспечивают один рабочий такт за четверть оборота и так далее. Увеличение числа цилиндров делает машину более сложной, но выигрыш в том, что мощность прикладывается более равномерно. Большинство автомобилей имеют четыре, шесть или восемь цилиндров; у некоторых их 10 (например, Dodge Viper), у некоторых 12 (например, у большинства Ferrari и Lamborghini, а также у Lincoln и Auburns 19-го поколения).30), а у некоторых 16 (например, Cadillac 1932 года, Marmon 1933 года и современный Bugatti Veyron).

Прикрепленный к внешнему концу коленчатого вала на конце, противоположном приводному механизму, находим маховик (рис. 8). Наиболее важной задачей маховика в любом двигателе является создание большого момента инерции для максимально плавного вращения коленчатого вала с его шатунно-поршневым узлом между рабочими тактами. В двигателях косилок маховик также играет роль в системах охлаждения и зажигания, как будет описано ниже.

Объемный КПД, отношение объема паров воздуха и топлива, поступающих в двигатель во время такта впуска, к рабочему объему цилиндра, предлагает еще один дескриптор характеристик двигателя. Говоря простым языком, это показатель того, насколько хорошо двигатель «дышит». Движущийся воздух обладает инерцией, и при турбулентности сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости воздуха. Размер и расположение клапанов, а также гладкость внутренних поверхностей, через которые проходят газы, существенно влияют на работу двигателя. Двигатель нашего газонокосилки представляет собой конструкцию с «плоской» или «г-образной» головкой, названную так потому, что клапаны проходят через блок параллельно цилиндру, и, таким образом, камера сгорания должна располагаться не только над поршнем, но и над областью в головке к одной стороне цилиндра, где выскакивают клапаны (рис. 8). Через 19В 40-х годах большинство автомобильных двигателей имели конструкцию с плоской головкой. Примерно в 1950 году производители начали производить конструкции с верхним расположением клапанов (OHV). Перемещение клапанов над поршнем увеличивает расход и объемную эффективность, поскольку воздушно-топливная смесь поступает в камеру сгорания непосредственно над поршнем, а не сбоку. Теперь, когда клапаны нужно нажимать сверху вниз, а коленчатый вал и распределительные шестерни все еще соединены своими распределительными шестернями, длинные толкатели размещаются над толкателями клапанов и коромыслами, которые качаются вперед и назад на горизонтальном валу, как качели. , теперь сядьте на макушку. Кулачок поднимает толкатель, который поднимает одну сторону коромысла, а другая сторона коромысла давит на клапан, открывая его. Пружины под коромыслами закрывают клапан, когда кулачок выходит из-под толкателя и толкателя.

Если бы толкатели и коромысла можно было убрать, а распределительный вал расположить на верхней стороне головки, механическая энергия, потребляемая двигателем, приводящим в движение его внутренние части, была бы значительно снижена. Это достигается в двигателях с верхним распределительным валом (OHC). (Логотип «DOHC», который можно увидеть на значках некоторых автомобилей, обозначает двойные верхние кулачки, один для группы впускных клапанов, а другой для выпускных клапанов.) Когда коленчатый и распределительный валы находятся слишком далеко друг от друга, чтобы быть соединенными синхронизирующими шестернями, коленчатый вал вращает распределительного вала ремнем ГРМ или цепью ГРМ. Ремни ГРМ изготовлены из синтетического каучука, армированного проволокой, и их необходимо менять через регулярные промежутки времени, обычно около 9 часов.0000 миль. При обрыве ремня ГРМ открытие клапанов больше не будет зависеть от положения поршня. Столкновение клапана с поршнем приводит к дорогому шуму!

Для дальнейшего увеличения объемного КПД некоторые двигатели имеют четыре клапана на цилиндр, два впускных и два выпускных клапана. Добавление нагнетателя (или «нагнетателя») значительно увеличивает объемную эффективность. Нагнетатель представляет собой компрессор, приводимый в действие ремнем от шкива коленчатого вала, который нагнетает в двигатель за цикл больше воздуха, чем это было бы возможно только за счет атмосферного всасывания. Нагнетатели использовались на гоночных автомобилях Гран-при к началу 19 века.20 с. Турбокомпрессор использует поток выхлопных газов для привода небольшого компрессора с той же целью.

Смазка и охлаждение

Внутри нашего скромного двигателя косилки, работающего со скромными 800 об/мин, царит оживленная атмосфера. Поршень перемещается между ВМТ и НМТ 1600 раз в минуту; коленчатый и распределительный валы вращаются в своих подшипниках со скоростью 800 и 400 об / мин соответственно, вступая в зацепление друг с другом через жужжащие зацепленные шестерни; кулачки кулачка открывают клапаны, которые захлопываются пружинами; а пары бензина взрываются 200 раз в минуту. Некоторые спортивные мотоциклы разгоняются до 14 000 об/мин и более! Чтобы выдержать более нескольких секунд, это шоу должно иметь достаточную смазку, которая не дает металлическим поверхностям сплавляться вместе, когда они вращаются или скользят друг относительно друга. Избыточное тепло необходимо отводить для поддержания постоянной температуры.

В двигателе нашей косилки масло (1 кварта 30 Вт) разбрызгивается на движущиеся части внутри картера с помощью маслоотражателя (рис. 7), шестерни, находящейся в зацеплении с распределительным валом, и с маленькими лопастными колесами по периметру. Несмотря на то, что она примитивна, она обеспечивает достаточную смазку даже в гонках на картах, в которых двигатели испытывают гораздо большую нагрузку, чем при стрижке газонов. В более крупных двигателях масляный насос, приводимый в действие распределительным валом, подает масло непосредственно к подшипникам через каналы в блоке и головке. Масло не только обеспечивает смазку, предотвращающую слипание движущихся частей металла, но и помогает отводить тепло. Масло блокируется от протекания мимо поршня в камеру сгорания (где оно может засорить свечу и образовать сизый дым), а воздушно-топливная смесь не может продавливаться мимо поршня, чтобы разбавить масло в картере с помощью набора поршней. кольца, круги из пружинистого сплава (с небольшим зазором для установки и теплового расширения), которые ездят в канавках у верха поршня (рис. 2).

Двигатель газонокосилки имеет воздушное охлаждение (рис. 2, 4). Головка и блок, выполненные из алюминия, эффективно проводящего тепло, имеют залитые ребра охлаждения, которые обеспечивают большую площадь поверхности для теплообмена с окружающим воздухом. Маховик на двигателе косилки выполняет функцию охлаждающего вентилятора. Окруженный кожухом из листового металла (рис. 1) с проволочной сеткой, позволяющей втягивать воздух внутрь, маховик имеет залитые в него лопасти, которые при вращении обеспечивают циркуляцию воздуха над ребрами охлаждения на блоке (рис. 9).). Пластмассовая лопасть, называемая регулятором (рис. 9), соединенная пружиной с дроссельной заслонкой, находится между периметром маховика и кожухом, где она поворачивается в ответ на изменения давления воздуха, возникающие при изменении частоты вращения двигателя из-за переменной нагрузки на двигатель. Простой регулятор помогает поддерживать постоянную скорость двигателя при заданной настройке дроссельной заслонки и предотвращает случайное увеличение оборотов двигателя оператором.

Большинство автомобильных двигателей имеют водяное охлаждение; в блоке и головке залиты каналы, называемые водяными рубашками, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. От двигателя охлаждающая жидкость поступает в радиатор, где проходит по длинным трубкам, окруженным охлаждающими ребрами, прежде чем вернуться в двигатель. В дополнение к движению автомобиля вперед, вентилятор, приводимый в действие либо ремнем вентилятора, либо поликлиновым ремнем, либо электродвигателем, помогает проталкивать воздух через радиатор. Охлаждающая жидкость проходит между двигателем и радиатором через верхний и нижний шланги радиатора и проталкивается водяным насосом, который обычно приводится в действие ремнем вентилятора или зубчатым ремнем. Охлаждающая жидкость обычно состоит на 50 % из дистиллированной воды и на 50 % из этиленгликоля; более низкая температура замерзания этой смеси по сравнению с чистой водой предотвращает растрескивание блоков в холодную погоду (поскольку вода при замерзании расширяется), а также смесь обеспечивает коррозионную стойкость.

Термодинамика Эффективность

В контексте двигателей «эффективность» означает отношение выполненной работы (что вы хотите) к подводимой тепловой энергии (сколько это стоит). Второй закон термодинамики говорит, что эффективность никогда не может достичь единицы, что поднимает вопрос о том, насколько большой она может быть, ограничиваясь только вторым законом. Паровые двигатели получают свою энергию от перегретого пара, впрыскиваемого при температуре TH в цилиндр. Они совершают работу и выбрасывают отработавший пар в окружающий воздух при температуре ТС. Цикл Карно был изобретен Сади Карно (179 г.6-1832) в 1824 году для создания идеализированной версии паровой машины. При этом достигается максимальная эффективность, в принципе достижимая двухтемпературным двигателем. В каждом цикле двигатель Карно изотермически получает энергию в виде тепла от горячего резервуара при абсолютной температуре TH, совершает работу и изотермически отдает тепло в холодный резервуар при температуре TC. Два изотермических теплообмена связаны адиабатическими процессами. Обычное упражнение по общей физике требует показать, что эффективность двигателя Карно равна 1 – TC/TH.

Концептуальный цикл, называемый циклом Отто (ок. 1880 г.), выполняет те же теоретические функции для четырехтактного бензинового двигателя. Этот идеализированный цикл назван в честь Николауса Отто (1832-1891), который построил первые коммерчески успешные четырехтактные двигатели. Как и цикл Карно, цикл Отто термодинамически обратим (т. е. отклонения от равновесия пренебрежимо малы), а рабочим телом служит идеальный газ. Но шаги в цикле отличаются от шагов Карно. Давайте продумаем их и отобразим изменения их состояния на диаграмме давление-объем (рис. 10), начиная с рабочего хода, который мы разобьем на две части. Начнем с события, срабатывания свечи зажигания в точке а на PV-диаграмме, которое происходит при объеме V1 с поршнем в ВМТ. Это событие повышает температуру и давление с точки а до точки b на PV-диаграмме, в то время как объем остается равным V1. Остальная часть рабочего хода моделируется адиабатическим давлением поршня вниз до НМТ (от b до c) по мере увеличения объема газов от V1 до V2. Затем такт выпуска выбрасывает горячие выхлопные газы, когда поршень движется от НМТ к ВМТ, а такт впуска вводит более холодную топливно-воздушную смесь, когда поршень возвращается в НМТ. В пространстве PV чистый эффект тактов выпуска и впуска заключается в падении температуры и давления при постоянном объеме V2, переходя от цикла с к d. Такт сжатия адиабатически уменьшает объем от V2 до V1, повышая температуру и давление и возвращая представление цикла на диаграмме PV из d обратно в точку a.

Эффективность этого цикла, как вы могли показать на вводном курсе термодинамики, равна 1 – (V2/V1)1−γ. V2/V1 — степень сжатия, а γ — отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме. Для воздуха γ ≈ 1,4. Двигатели косилок имеют степень сжатия около 5, что соответствует теоретическому верхнему пределу эффективности 0,47. Напротив, двигатель для соревнований со степенью сжатия 15 имеет верхний предел эффективности 0,66. Реальный двигатель менее эффективен, чем его идеальный верхний предел, поскольку в нем присутствуют не только диссипативные воздействия, такие как трение, но и теплообмены, выходящие за рамки требований второго закона, потери работы при перемещении его внутренних масс и т. д., не говоря уже о качении. и сопротивление воздуха, работающее против движения машины. Как правило, автомобиль работает хорошо, если четверть выходной мощности, измеренной на маховике, преобразуется в кинетическую энергию всего центра масс автомобиля.[9]]

Теперь, когда мы вступаем в сезон покоса, проявите уважение к двигателю газонокосилки, побаловав его заменой масла и промытым или новым воздушным фильтром, очистив охлаждающие ребра от грязи и взаимодействуя с вашей машиной с энтузиазмом!

Во второй части мы обсудим, как топливо смешивается с воздухом перед сгоранием и как в эту смесь подается искра в решающий момент между тактом сжатия и рабочим тактом. Эта статья также будет включать несколько заметок об обслуживании, и мы увидим некоторых известных исторических физиков, взаимодействующих со своими автомобилями и мотоциклами. //

Благодарность

Большое спасибо Девину Пауэллу за внимательное редактирование этой статьи.

Ссылки и примечания

[1] Лаборатория трупов двигателей с фотографиями студентов, работающих над двигателями, описана в «Техническое обслуживание мотоциклов и оценка физики», Radiations (осень 2007 г.), стр. 5-11. Веб-сайт с интерактивным моделированием всех видов двигателей можно найти по адресу http://www.animatedengines.com/index.html.
[2] Тот факт, что мы вообще можем понять атомы благодаря существованию простейшего из них, водорода, элегантно изложен Джоном Ригденом в книге «Водород, основной элемент» (издательство Гарвардского университета, Кембридж, Массачусетс, 2002).
[3] Выработка работы обязательно должна быть меньше подводимой теплоты, что является утверждением второго закона термодинамики. См. «Второй закон термодинамики и несохранение энтропии», Информационный бюллетень SPS (июнь 1998 г.), стр. 9–13.