Мощность и крутящий момент — что это?

ЧТО ТАКОЕ ЛОШАДИНАЯ СИЛА?

— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.

Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная. Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса. Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.

Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании. Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.

Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили

И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу. Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение. Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с. достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.

Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к  самобеглым экипажам.

Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем

По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу. Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch… При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало. К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (9809,5 Вт) лошадиные силы.

Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л. с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку». Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт…

КАК ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ?

Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному. В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей. Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л. с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.

Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.

Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской

Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт. Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля. Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов. Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.

ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?

Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент. Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора. В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л. с.».?

На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя. Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.

Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса. Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным. Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам

Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени. А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается. Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет. То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.

Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость. Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно. А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.

Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе. По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо. На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента

Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам. Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти. То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность. Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.

Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы. В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность. К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.

И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.

Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с. Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок». Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность

Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.

Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии. И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности…

Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.

Что важнее — крутящий момент или лошадиные силы? — Blog.Autospot

Обычно при оценке характеристик того или иного автомобиля в первую очередь мы обращаем внимание на мощность двигателя или количество лошадиных сил. Но не менее важной характеристикой является крутящий момент. Давайте разберемся, в чем разница между ними.

Появившаяся задолго до первого механического транспортного средства «лошадиная сила» условна, так как определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения работы, необходимой для поднятия 75–килограммового груза на один метр за одну секунду.

Шотландский инженер Джеймс Уатт ввел новую единицу измерения мощности в лошадиную силу, но в системе СИ единицу мощности назвали уже в его честь — ватт (Вт). 1 киловатт (кВт) равен 1,36 л. с. Но в обычной жизни лошадиные силы оказались как-то ближе к народу, поэтому мы получаем письма с налогом за количество лошадиных сил в наших автомобилях, а не за киловатт и хвастаемся друзьям именно количеством«лошадей». Лошадиная сила остается очень популярной внесистемной единицей измерения мощности для транспортных средств. Кстати, типичная лошадь имеет предельную мощность порядка 13–15 лошадиных сил, как это ни забавно. Во всяком случае, на диностенде в режиме 5–минутной нагрузки она может выдать примерно столько. А тягловые тяжеловесы способны выдать даже в даже за 25 сил на такой отрезок времени.

А сам автомобиль тянет вперед не сама мощность, а крутящий момент, выдаваемый силовым агрегатом. И именно с ним мы сталкиваемся каждый день в обычной жизни чаще. Например, открывая крышку пластиковой бутылки, вы используете именно крутящий момент, именуемый также моментом силы или вращательным моментом. Ведь вряд ли вы проверяете, как быстро открутили крышку?

Крутящий момент измеряется в ньютон-метрах (Н·м). И он тесно связан с мощностью, ведь для двигателя с вращающимся валом мощность на любых оборотах легко рассчитать, зная момент. И наоборот, зная мощность, можно подсчитать момент. Упрощенная формула его расчета выглядит так:

P = M x 9549 x N

и, соответственно:

M = P х 9549 / N,

где P — это мощность двигателя в киловаттах (кВт), а N — это количество оборотов коленчатого вала в минуту.

Мощность демонстрирует количество работы, которое выполняет двигатель за промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Например, ускорение машины в каждый момент времени при постоянном передаточном отношении трансмиссии пропорционально крутящему моменту. А вот время разгона с одной скорости до другой, именно мощности двигателя в этом диапазоне оборотов, иначе говоря, проделанной работе. В общем-то, всем изучавшим физику в школе это покажется очевидным, но, к сожалению, не все помнят или не соотносят знания теоретического курса и примеры из реальной жизни.

Уверен, многие автолюбители даже не обращают внимание на значение крутящего момента в списке технических характеристик автомобиля и на обороты, при которых он достигается. А ведь чем выше крутящий момент и с чем более низких оборотов он достигается, тем приятнее и «эластичнее» ощущается двигатель, тем выше его реальная мощность на промежуточных режимах. Именно поэтому дизельные двигатели с турбонаддувом зачастую кажутся более приятными в обращении, чем более форсированные атмосферные бензиновые, которые необходимо «крутить» в отсечку ради достижения максимальной динамики разгона. И именно по этой причине тот, кто вкусил радости хорошего двигателя с турбонаддувом, уже не очень хочет пересаживаться на атмосферные, которые даже при схожей мощности «едут» ощутимо хуже.

Почему же такое внимание уделяется именно максимальной мощности? Дело в том, что владельца машины редко волнует максимальное ускорение автомобиля на скорости 20 или 30 километров в час, как физическая величина. Его, скорее всего, интересует динамика разгона в диапазоне 0–100, 80–120 или 100–200, а не абстрактное ускорение. А в этом случае речь идет о приращении кинетической энергии автомобиля, а значит, о проделанной двигателем работе. Которая зависит именно от мощности. В случае с идеальной трансмиссией проделанная работа будет прямо пропорциональна максимальной мощности мотора.

Вот только машин с идеальными трансмиссиями не бывает, если это не карьерные самосвалы с электропередачей, а значит, важна не только максимальная мощность, но и мощность во всем диапазоне оборотов, в котором вынужденно будет работать двигатель при таком разгоне. Оценить ее можно по графику внешней скоростной характеристики автомобиля, так называемой ВСХ, зная передаточное отношение трансмиссии на каждой передаче и предельные обороты мотора. А косвенно понять, насколько мощным будет мотор на промежуточных оборотах, позволяют именно данные по максимальному крутящему моменту и оборотам, при которых он достигается. Ведь чем выше момент на всех оборотах ниже максимальной мощности, тем ближе мощность на этих оборотах к максимально возможной и тем большую работу сможет проделать двигатель. Сложно? Тогда просто используйте эмпирическое правило, упомянутое выше.

Главное, помните, что мощность и крутящий момент — зависящие друг от друга величины, поэтому всегда важно и то, и другое.

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля простыми словами

Даже тем людям, которые не очень интересуются автомобилями, у которых их никогда не было и которые не намереваются становиться их владельцами, отлично известно, что одной из основных характеристик этих транспортных средств является мощность двигателя. Ее принято измерять в лошадиных силах (несколько реже используют более «правильную» с технической точки зрения величину — киловатт), причем вполне справедливо считается, что чем выше значение этого показателя — тем лучше.

С другой стороны такая важная характеристика как крутящий момент двигателя часто остается неизвестной даже некоторым автолюбителям. И это при том, что она является, на самом деле, ничуть не менее значимой характеристикой двигателя, чем его мощность и обороты, с которыми, кстати, находится в весьма тесной и даже неразрывной взаимосвязи.

В данной статье мы попробуем объяснить, что такое крутящий момент двигателя, чем он отличается от мощности, от чего зависит и на что влияет.

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля простыми словами

Крутящий момент и мощность двигателей ВАЗ. Как видно из графиков, максимальная мощность достигается только на максимальных оборотах, тогда как пик крутящего момента находится между 3000 и 4500 оборотов.

Чтобы ответить на этот вопрос простыми словами нужно сначала выяснить, что подразумевается под терминами «мощность», «крутящий момент», а также число оборотов. С первой из этих характеристик дело обстоит несколько проще, поскольку всем тем, кто хорошо учился в средней школе, известно, что мощность — это работа, производимая в единицу времени.

Двигатель внутреннего сгорания, потребляя топливо, преобразовывает тепловую энергию его сгорания в кинетическую, совершая при этом работу. Она заключается во вращении коленчатого вала, и этот показатель измеряется в количестве оборотов в минуту. Соответственно, от частоты, с которой в цилиндрах ДВС происходит сгорание топливной смеси, напрямую зависит и работа, которую производит двигатель, и его мощность. Зависимость эта — прямо пропорциональная.

Что же касается крутящего момента, то с ним отнюдь не все так очевидно, как с мощностью и количеством оборотов. Он является, по сути дела, величиной, производной от них и представляет собой произведение силы на плечо рычага. Поскольку сила (в данном случае та, которая возникает при сгорании топлива и воздействует на поршень) измеряется в физике в ньютонах, а длина (в данном случае — длина плеча кривошипа коленчатого вала) — в метрах, то единицей измерения крутящего момента, является Нм.

Таким образом, получается, что крутящий момент представляет собой усилие, которое развивает двигатель. Именно его значение определяет силу тяги, обеспечивающую разгон автомобиля и его движение. Следовательно, чем больше крутящий момент, тем автомобиль «резвее», что есть тем лучше его динамика. Поскольку сила, воздействующая на поршень при сгорании топлива, растет с увеличением рабочего объема двигателя, то чем он больше, тем выше крутящий момент.

Следует заметить, что в характеристиках двигателей внутреннего сгорания всегда указывается максимальная мощность, которую они способны развить. Крутящий момент определяет, как быстро она достигается, и поэтому он указывается для конкретного числа оборотов. Иными словами, он определяет, как быстро силовой агрегат «выбирает» тот потенциал мощности, который в нем заложен конструкторами. Именно поэтому, к примеру, при достаточно спокойной езде на невысоких оборотах (до 2500 об/мин) для быстрого ускорения самым предпочтительным двигателем является тот, который имеет максимальный крутящий момент именно на них.

От чего зависит величина крутящего момента двигателя

Крутящий момент двигателя зависит от целого ряда показателей, среди которых основными являются следующие:

• Рабочий объем двигателя;
• Рабочее давление, создаваемое в цилиндрах;
• Площадь поршня;
• Радиус кривошипа коленчатого вала.

С таким показателем, как рабочий объем двигателя, его крутящий момент, как уже было отмечено выше, при прочих равных связан прямо пропорциональной зависимостью. Это объясняется чисто математически: с ростом рабочего объема растет сила, воздействующая на поршень, и, соответственно, значение крутящего момента.

Такая же зависимость наблюдается и относительно такого фактора, как радиус кривошипа коленчатого вала. Правда, конструктивно современные двигатели внутреннего сгорания устроены таким образом, что значение этой величины можно варьировать только в весьма ограниченных пределах, так что возможности для увеличения крутящего момента за счет этого показателя у разработчиков ДВС относительно невелики.

В прямо пропорциональной зависимости величина крутящего момента двигателя находится и по отношению к рабочему давлению, создаваемому в камере сгорания. Это тоже вполне логично, поскольку чем оно больше, тем больше сила, которая давит на поршень. От его площади же величина крутящего момента зависит обратно пропорционально, поскольку с ее ростом удельное давление падает и сила, соответственно, уменьшается. 

На что влияет крутящий момент двигателя

Если производить аналогию с человеческим организмом, то можно условно определить, что крутящий момент — это аналог силы, а мощность — это аналог выносливости. Именно от мощности двигателя внутреннего сгорания в конечном итоге зависит то, какую максимальную скорость может развить автомобиль, а от крутящего момента — то, как быстро сможет он это сделать. Именно поэтому далеко не все мощные автомобили имеют хорошую динамику разгона, и далеко не все, у которых она находится на высоком уровне, располагают очень мощными моторами.

Опытные автомобилисты отлично знают, что лучше всего выбирать для себя автомобиль с таким двигателем, показатель крутящего момента которого при работе на тех оборотах, на которых он обычно функционирует, является наилучшим. Дело в том, что это позволяет им использовать потенциал мощности ДВС в максимальной степени.

Следует заметить, что производители двигателей внутреннего сгорания всячески стремятся увеличить их крутящие моменты, причем во всем диапазоне работы моторов. Чаще всего пытаются достичь этого (и, кстати говоря, достаточно успешно) с помощью турбонаддува, управляемых фаз газораспределения (это оптимизирует процесс сгорания топливной смеси), повышения степени сжатия, использованием особых конструкций впускного коллектора и целым рядом других способов. 

Видео на тему

Похожие публикации

Мощность и крутящий момент

Пользуясь случаем хотелось бы пролить свет на вечные споры о мощности и крутящем моменте двигателей внутреннего сгорания. Одни считают главным показателем максимальную мощность мотора, другие ставят во главу угла крутящий момент. Встречаются люди, которые считают, что 100 «дизельных» л.с. соответствуют примерно 140 «бензиновым» л.с. Также бытует мнение, что VW Golf TDI c 330 Нм крутящего момента будет ускоряться лучше, чем Porsche 911 с 320 Нм.

Пользуясь случаем хотелось бы пролить свет на вечные споры о мощности и крутящем моменте двигателей внутреннего сгорания. Одни считают главным показателем максимальную мощность мотора, другие ставят во главу угла крутящий момент. Встречаются люди, которые считают, что 100 «дизельных» л.с. соответствуют примерно 140 «бензиновым» л.с. Также бытует мнение, что

VW Golf TDI c 330 Нм крутящего момента будет ускоряться лучше, чем Porsche 911 с 320 Нм.

Очевидно, что эти утверждения не соответствуют действительности.

Определения и разъяснения:

Крутящий момент:

Крутящий момент двигателя прилагается к коленчатому валу двигателя или к первичному валу коробки передач. Крутящий момент изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя. Крутящий момент на колесах зависит от передаточного отношения трансмиссии.

Крутящий момент на колесах:

Это преобразованный трансмиссией крутящий момент двигателя.

Мощность двигателя непосредственно взаимосвязана с крутящим моментом двигателя, а именно, через соотношение

P=M*n/9550, где М- крутящий момент двигателя. Единица измерения 1 Н*м, n – частота вращения двигателя в об/мин.

Диаграммы крутящего момента достаточно, чтобы просчитать кривую мощности (и наоборот).

Возьмем два двигателя. У обоих максимальный крутящий момент 200 Нм при 4000 об/мин и мощность 147 л.с. при 6000 об/мин. Несмотря на то, что основные данные этих двух моторов одинаковы, они все же отличаются по динамическим характеристикам. Диапазон крутящего момента и мощности первого двигателя лучше чем у второго. Предположим, что переключение передач происходит при 6500 об/мин и обороты двигателя на следующей, более высокой передаче опускаются до 4300 об/мин. Первый двигатель имеет до точки при 6000 об/мин непрерывно больший крутящий момент и мощность. Таким образом, первый автомобиль будет ускоряться лучше. Это показывает, что основные данные двигателя дают только частичную информацию.

Так что мы теперь знаем о «крутящем моменте» и «мощности двигателя»? На самом деле сравнительно мало. Поскольку трансмиссия и ее передаточное отношение играю существенную роль в движении автомобиля. Старые американские автомобили были оборудованы 2-3 ступенчатыми коробками передач, и несмотря на значительные мощности двигателей, разгонялись они достаточно скромно, т.к. падение оборотов при переключении передач было слишком большим. Как грубое сравнение можно привести Mercedes S-Klasse. Он оборудован 7-ступенчатым автоматом, который позволяет полностью использовать имеющуюся в распоряжении мощность двигателя.

Почему это так?

Все мы знаем, что ускоряется автомобиль лучше в определенной области оборотов двигателя.

Оптимально, когда обороты двигателя постоянно находятся в этом диапазоне. Но это возможно лишь на немногих автомобилях оборудованных CVT (безступенчатыми трансмиссиями).

Чем больше передач имеется в распоряжении, тем меньше становится скачок оборотов и тем ближе мы становимся к оптимальному числу оборотов двигателя между переключениями. Усилие на ведущих колесах, это то, что приводит автомобиль в движение. Это сила, приложенная по касательной к окружности колеса. Она несет в себе всю информацию (Крутящий момент, передаточное отношение трансмиссии, размер колес) и направлена противоположно силе сопротивления движению и силе инерции.

Когда нужно переключаться?

Оптимальная точка переключения достигается тогда, когда на следующей высшей передаче имеется большее усилие на ведущих колесах чем на актуальной передаче. Чтобы найти оптимальную точку переключения, необходимо воспользоваться кривой крутящего момента. Диаграмма тягового усилия на ведущих колесах зависит от передаточного отношения трансмиссии и размера установленных шин. Как только пересекутся кривые отдельных передач, нужно переключиться на следующую передачу, чтобы достичь лучшего ускорения. Если же кривые не пересекаются, тогда следует выкручивать двигатель до ограничителя. Далее отображены диаграммы тягового усилия на ведущих колесах, чтобы можно было прочувствовать теорию в деле.

Влияние передаточного отношения

Турбодизель достигает очень высоких значений крутящего момента при низких оборотах двигателя.

Но это только цифры, по которым можно судить о том, как автомобиль будет ускоряться и по ним нельзя делать окончательные выводы. Почему? Потому что дизелю нужно значительно дольше переключаться, чтобы достичь одинаковую с бензином скорость(т.к. число оборотов дизеля существенно ниже чем у бензинового двигателя). Это приводит к тому, что бензиновый двигатель свой низкий крутящий момент преобразует значительно лучше за счет коротких передач, чем дизель с длинными передачами.

Турбодизель против высокооборотистого атмосферного двигателя.

Несмотря на длинные передаточные отношения дизель как правило имеет лучшую тяговитость при низких оборотах. Наглядно это отображено на диаграмме сравнения BMW М3 3.2 л двигателя и BMW 535d. Несмотря на гигантский крутящий момент дизеля (520Нм), бензиновый двигатель (365Нм) в очень широком диапазоне оборотов двигателя имеет значительно большее тяговое усилие на ведущих колесах. Так что этот бензиновый двигатель (вопреки многим мнениям) может ездить с редкими переключениями, иногда даже ленивее чем 535d (на шестой передаче тяговое усилие на колесах стабильно выше чем у 535d, независимо при каких оборотах и какой скорости). Но можно говорить о том, что большая часть турбированных двигателей имеет лучшую приемистость (на низких оборотах) чем атмосферные двигатели. Так что предпочитаете ли вы двигатели имеющие «подрыв» на низких скоростях, или те, которые выдают тягу плавно, это остается делом вкуса.

Турбодизель против турбобензина

Сравним BMW E90 335i с 306 л. с. и 400 Нм и BMW E90 335d с 286 л.с. и 560 Нм. На низших передачах в среднем диапазоне оборотов тяга на колесах дизеля существенно выше, чем у бензинового двигателя. При высоких оборотах бензин свою мощность отыгрывает. На 6-й передаче бензин имеет стабильно большее усилие на колесах чем дизель.

Диаграмма тягового усилия BMW E90 335i и E90 335d

Дизель или бензин как тягач

Широко распространено мнение, что дизельный двигатель из-за его высокого крутящего момента лучше подходит для буксировки. Тем не менее из-за огромного скачка в развитии бензиновых двигателей это не совсем верно. Современные бензиновые двигатели все чаще оснащаются турбонагнетателями, которые могут создавать достаточное давление наддува при низких оборотах, и следовательно достигать высокого крутящего момента. Сравним двигатели 1.4 TSI (170 л.с., 240 Нм) и 2.0TDI (170 л.с., 350 Нм) в VW Golf5.

За основу взят 5% уклон, коэффициент лобового сопротивления 0.7, площадь лобового сопротивления 5. 87 м2 и общая масса 3250 кг. 1-я передача для лучшего рассмотрения исключена.

Все режимы выше голубой линии возможны с вышеназванными условиями. Все режимы ниже голубой линии ведут к снижению скорости и в конечном счете к переходу на низшую передачу. Можно увидеть, что дизель может использовать первые четыре передачи, TSI – первые пять. Максимально допустимые скорости следующие:

TDI:

68 км/ч на второй передаче (в ограничителе оборотов)

104 км/ч на третьей передаче (вблизи ограничителя оборотов около 4400 об/мин)

TSI:

99 км/ч на второй передаче (вблизи ограничителя оборотов около 7000 об/мин)

106 км/ч на третьей передаче (при около 5500 об/мин)

90 км/ч на четвертой передаче (при около 3500 об/мин)

65 км/ч на пятой передаче (при около 2300 об/мин)

В целом TSI гораздо лучше подходит для движения с прицепом. Единственным недостатком может быть значительный рост расхода топлива у бензина.

Как выглядит диаграмма тягового усилия авто со ступенчатыми коробками передач мы уже знаем.

Для полноты картины следует отметить бесступенчатую трансмиссию Audi «Multitronic».

Рассмотрим кратко, так как эта трансмиссия имеет призрачные шансы на существование. Это безступенчатая трансмиссия с различными профилями вождения. Спортивно настроенный водитель использует голубую линию для максимального ускорения, с высокими оборотами и большим расходом. Средний водитель будет использовать более низкие обороты. А значит тяга на колесах будет не так высока как в спорт режиме. Соответственно автомобиль ускоряется медленнее. CVT, как уже говорилось ранее, превосходное решение. Теоретически она позволяет получить максимальную производительность. На практике все выглядит по другому. Авто с Мультитроником ускоряются хуже, чем авто с МКПП. Потери в трансмиссии слишком велики и перекрывают все преимущества.

А что же насчет двигателей грузовиков и коммерческих автомобилей?

Глядя на кривые мощности и крутящего момента грузовиков можно быстро обнаружить существенные отличия от легковых автомобилей. В то время как на двигателях легковых авто целью является как можно более равномерное и высокое значение крутящего момента, двигателям грузовиков необходим пик крутящего момента. Покажем качественные отличия грузовых и легковых турбодизелей:

Почему так?

Области применения полностью различны. Легковому автомобилю необходимо достичь максимального ускорения и как можно более высокой максимальной скорости. В тоже время необходимо принять во внимание тот факт, что эти двигатели практически постоянно используются в режимах частичной нагрузки. Грузовые же двигатели (в качестве простого примера возьмем двигатели бульдозера или трактора) обычно используются на максимальной нагрузке. Максимальные крутящие момент и мощность ему необходимы при низких оборотах, а также как можно большее нарастание крутящего момента. Почему не падение а именно нарастание крутящего момента станет ясно в следующем абзаце.

Цель этого нарастания величины крутящего момента может быть хорошо объяснена на примере бульдозера. Насыпь земли перед ковшом бульдозера всегда большая, поэтому возникает необходимость увеличить мощность, чтобы продвинуть насыпь дальше. При этой нагрузке частота вращения двигателя падает и вместе с тем падает скорость сдвига. Снижение числа оборотов двигателя благодаря типичной для грузовых транспортных средств кривой крутящего момента ведет к росту крутящего момента и мощности двигателя (смотри график). Таким образом в некоторой степени предотвращается дальнейшее падение оборотов и скорости сдвига – чем сильнее падение числа оборотов, тем больше мощности отдает двигатель. В переносном смысле можно сказать: кривая крутящего момента таких двигателей позволяет независимо от нагрузки относительно сохранять необходимую скорость. Такие моторы имеют «иммунитет» против увеличения нагрузки и становятся ненамного медленнее при ее увеличении. Но все же почему «нарастание крутящего момента» а не «падение»? Теперь нужно смотреть на график в направлении рабочих оборотов. При нагрузке число оборотов падает и происходит РОСТ крутящего момента.

Крутящий момент двигателя и тяговые возможности автомобиля

Любой двигатель рассчитан на вполне конкретную мощность, которую он будет иметь, если наберет определенную частоту оборотов. Кроме этой максимальной мощности у двигателей есть не менее важный параметр – наибольший крутящий момент. Он достигается на оборотах не таких, при которых мощность двигателя максимальна.

Две важных параметра – максимальная мощность двигателя и максимальный крутящий момент достигаются на разных оборотах коленвала. Почему это происходит?

Крутящий момент – это момент силы, поворачивающей рычаг. Эта физическая величина, измеряемая Ньютонами на метр (Нм), определяется произведением плеча приложенной к рычагу силы и ее собственной величины. Иначе говоря, если к полуметровой монтировке прикладывается сила 20 Ньютонов (вес тела, массой двадцать килограммов), то крутящий момент получается равным 10 Нм.

Изменить крутящий момент возможно одним из двух способов. Изменением приложенной силы, либо изменением длины рычага. Конечно, можно изменять и то, и другое, но если обе эти величины увеличить в одинаковое количество раз, то увеличение крутящего момента не произойдет.

Можно утверждать, что тяговые возможности двигателя напрямую зависят от его крутящего момента.

Только ли крутящий момент влияет на тяговые возможности автомобиля?

Судить о тяговых способностях автомобильного двигателя по одной только максимальной мощности можно лишь косвенно. На максимальных оборотах вряд ли кто стремится ездить, а вот при движении с места, каждый желает от своей машины получать достаточно хорошее ускорение. Но одни автомобили могут это обеспечить это только на высоких оборотах, а другие и на низких резво разгоняются.

Почему становится возможным случай, когда автомобиль с двигателем в полтора раза менее сильный способен с легкостью обойти более мощного соседа?

Дело в том, что итоговая величина тяги будет связана сразу с несколькими показателями автомобиля. Их четыре – крутящий момент, передаточное число, КПД трансмиссии и размер колеса.

На каких оборотах достигается наибольший крутящий момент

В готовом моторе увеличить крутящий момент возможно только за счет увеличения одной величины – силы. Поэтому максимальным он будет тогда, когда горение рабочей смеси происходит наиболее эффективно. Одни моторы обеспечивают такую возможность при оборотах до 3000 об/мин, другим потребуется более высокие обороты.

При выборе автомобиля стоит поинтересоваться этим показателем.

Что такое крутящий момент

Очень многие автомобилисты не знают, что такое крутящий момент двигателя. На самом деле ответ на этот вопрос содержится еще в школьном курсе физики, но в свете того, что не все ее учили, а те, кто учил, не все поняли, а остальные просто забыли понятое, нет ничего удивительного, что этот вопрос остается открытым. Итак, что же такое крутящий момент двигателя?

Крутящий момент

Начать следует все же с физики. Крутящий момент двигателя является произведением силы на плечо рычага, к которому она прикладывается. Стоит напомнить, что сила измеряется в Ньютонах (Н), а плечо рычага в метрах (м). То есть один Нм равняется одному Ньютону (1Н), который приложен к метровому рычагу (1м).

В двигателе внутреннего сгорания сила передается от воспламеняющегося топлива поршню, от него к кривошипному механизму, а от него к коленвалу. Последний через систему трансмиссии и приводов и приводит колеса во вращение.

Разумеется, он не является постоянным и увеличивается, когда на плечо действует большая сила, и слабеет при ее уменьшении. Иными словами, когда водитель давит на «газ», то действующая на плечо сила возрастает и, соответственно, возрастает и крутящий момент.

Мощность двигателя

Крутящий момент имеет непосредственное отношение к мощности двигателя. Последняя, если говорить предельно просто, является совершенной за некоторую единицу времени работой. А поскольку работой двигателя и является тот самый крутящий момент, то мощность указывает на то, сколько раз за единицу времени двигателем был совершен крутящий момент.

Физиками была создана формула, связывающая оба этих показателя:

Мощность (P) = момент крутящий (Мкр) * измеряемые в об./мин обороты двигателя (N)/9549.

Хотя мощность измеряется в киловаттах, в нашей стране они довольно сложны для автомобилистов, поэтому ее, как правило, измеряют в лошадиных силах (л.с.). Ничего сложного здесь нет, просто чтобы киловатты стали «лошадями», количество киловатт умножается на 1,36.

Крутящий момент и мощность

С каждым из этих компонентов вроде бы понятно, но на что влияет каждый из них? Мощность оказывает влияние на преодоление всевозможных сил, которые оказывают автомобилю противодействие. Таковыми являются силы качения колес, аэродинамические силы, и, конечно же, сила трения в трансмиссии, приводах машины, в самом двигателе и не только. И чем выше мощность двигателя, тем большее сопротивление машина в состоянии преодолеть и, соответственно, тем большую скорость разовьет. Однако мощность не является постоянной силой и сильно зависит от оборотов двигателя. Мощность на холостом ходу и на максимальных оборотах неодинакова. Поэтому многие автопроизводители указывают в технических характеристиках при каких оборотах достигается максимум мощности.

Здесь следует помнить, что максимальная мощность развивается не одномоментно, и с места машина стартует при минимальных оборотах, которые едва превышают холостой ход. Для того же чтобы мобилизировать максимум мощности необходим некоторый отрезок времени и именно здесь на сцену выходит крутящий момент. Именно он «решает» за какой временной промежуток автомобилем будет достигнута максимальная мощность. Проще говоря, динамика разгона автомобиля зависит именно от крутящего момента.

Бензиновые и дизельные двигатели

У бензиновых двигателей показатели не самые высокие. Своих почти максимальных значений бензиновый двигатель может достичь при оборотах, в среднем, 3-4 тысячи. Однако бензиновый двигатель способен быстро увеличивать мощность, и раскручиваться до семи и даже восьми тысяч оборотов. И если принять во внимание вышеприведенные формулы, то становится ясно, что при таких оборотах мощность может возрасти в несколько раз.

Что касается дизельных двигателей, то высокими оборотами они не обладают и как правило, их максимум составляет пять, а то и всего три тысячи оборотов. В этом отношении «дизель» однозначно проигрывает бензиновому двигателю. Но зато крутящий момент у дизельного двигателя в несколько раз превышает аналогичный показатель бензинового собрата и вдобавок он доступен почти с холостого хода.

Что важнее: крутящий момент или мощность?

Чтобы разобраться с этой задачей, можно привести несложный пример. Скажем, можно взять два двигателя от фирмы AUDI, один бензиновый 2.0 FSI (крутящий момент – 200 Нм, мощность – 150 л.с.), а другой дизельный (мощностью 140 л.с. и с крутящим моментом 320 Нм). После проведения тестирования в различных режимах оказывается, что дизельный двигатель мощнее бензинового двигателя в диапазоне от 1 до 4,5 тысяч оборотов. Причем мощность будет выше на 30, а то и на 40 «лошадей», что не мало.

Из этого следует, что обращать внимание исключительно на мощность не стоит, поскольку нередко менее объемный двигатель, имеющий более высокий крутящий момент, оказывается гораздо динамичнее, чем двигатель с низким крутящим моментом (пусть даже большого объема).

Подводя итоги можно сказать, что в корне неверно классифицировать автомобили ориентируясь исключительно на мощность (л.с.) двигателя. Кроме мощности необходимо учитывать еще и крутящий момент (Нм) поскольку если последний показатель будет намного выше, чем у другого автомобиля, то и двигатель у него будет значительно динамичнее.

Мощность и крутящий момент | Тюнинг ателье VC-TUNING

Мощность и крутящий момент…  Эти термины часто вводят в ступор многих посетителей автомобильных форумов. Энцо Феррари однажды сказал: «Лошадиные силы продают автомобиль, крутящий момент выигрывает гонки».

 

Мы не собираемся представлять здесь все уравнения и формулы, позволяющие рассчитать мощность и крутящий момент: объяснить многие вещи в одной статье достаточно трудно. Да это вам и не понадобится, если, конечно, вы не планируете стать крупным специалистам в данной области. Но мы постараемся доступным языком объяснить, как мощность и крутящий момент соотносятся друг с другом и как они влияют на производительность автомобиля.

 

Лошадиная сила

Термин «лошадиная сила» был впервые использован Джеймсом Уаттом, британским изобретателем, чье имя неразрывно связано с созданием парового двигателя. Строго говоря, лошадиная сила – это скорость, с которой может быть выполнена работа. Уатт использовал этот термин для сравнения мощности парового двигателя с мощью рабочей лошадки. Наравне с лошадиными силами сегодня используется и системная единица измерения мощности – ватт (Вт).

1 л.с. = 746 Вт

Эффективная мощность двигателя измеряется на коленчатом валу с помощью динамометра. Производители автомобилей, как правило, используют для ее обозначения термин «пиковая мощность» (максимальная мощность при определенном числе оборотов в минуту).

 

Мощность рассчитывается путем умножения крутящего момента двигателя на число оборотов и последующего деления на 5252. Откуда взялась последняя цифра? Если вы не хотите скучных и путаных объяснений, просто поверьте на слово и запомните эту константу.

                         крутящий момент * угловая скорость (RPM)

мощность =      —————————————————

                                                    5252

Здесь не мешало бы упомянуть о динамометрических роликовых стендах, но из-за большого разнообразия стендовых динамометров, мы опишем основные из них в другой статье. Следует отметить, что существует немало причин, по которым цифры, наблюдаемые при езде по дороге, оказываются ниже полученных на стенде. Автомобиль на стенде неподвижен, а на открытой дороге свой вклад вносят давление воздуха, перепады температуры и многие другие факторы, которые сложно учесть при испытаниях, хотя многие пытаются компенсировать их отсутствие с помощью вентиляторов и т.д.

 

  

Крутящий момент

Крутящий момент – вращательное усилие, которое будет применено к ведущим колесам автомобиля. Крутящий момент можно рассматривать в качестве меры способности двигателя выполнить работу. Единицы измерения крутящего момента – фунт*фут и Ньютон*метр (Нм). Один фунт*фут крутящего момента представляет собой усилие, необходимое для поворота 1-футовой оси, на конце которой прикреплен груз весом 1 фунт. Если на конце 1-футовой оси находится груз весом 200 фунтов, крутящий момент будет составлять 200 фунтов*фут. Очевидно, что чем больше это число, тем больше вращательное усилие на колесах.

1 фунт*фут = 1.36 Н*м

 

 

Однако важно понимать, что по мере увеличения крутящего момента вашего двигателя возрастает вероятность самопроизвольного поворота колес. Это довольно частое явление у мощных переднеприводных (FWD) автомобилей с большим крутящим моментом. Поскольку в данном случае передние колеса задействованы также и в управлении автомобилем, вы можете столкнуться с эффектом, называемым паразитным силовым подруливанием. В принципе проблема «непослушания» приводных колес свойственна не только переднеприводным машинам, а любым мощным автомобилям с большим крутящим моментом. Однако, разделив крутящий момент на все четыре колеса (в случае полноприводных (4WD) автомобилей), вы можете уменьшить этот эффект и больше мощности передать дороге.  Хотя есть еще много факторов (например, размер и структура шин, настройка подвески и ходовой части, передаточные числа), которые могут помочь переднеприводным (FWD) или заднеприводным (RWD) автомобилям эффективно использовать свою мощность.

 

Сравнение мощности и крутящего момента

(Как мощность и крутящий момент влияют на производительность)

Причина недопонимания ряда вопросов автолюбителями кроется в том, что в качестве характеристики двигателя автомобиля производители, как правило, приводят пиковые показатели мощности. Это ведет к путанице, люди пытаются сравнивать производительность автомобиля с его мощностью. «Моя машина имеет большее количество лошадиных сил, поэтому она будет быстрее вашей» – некорректное, но достаточно распространенное сравнение.

Есть много факторов, влияющих на производительность автомобиля, и крутящий момент, безусловно, один из них. Кроме того, и мощность, и крутящий момент будут зависеть от передаточных чисел. И, конечно же, большую роль играет то, как и для чего используется автомобиль.

Если вы когда-либо управляли машиной с высоким крутящим моментом (например, автомобилем с большим объемом двигателя или турбодизелем), вы, вероятно, заметили, что способны с легкостью ускоряться на большинстве передач. Это является результатом того, что имеется достаточно мощности в виде крутящего момента, чтобы автомобиль двигался при более широком диапазоне оборотов. Ускорение прямо пропорционально крутящему моменту, т.е. машина, будет ускоряться в соответствии с кривой крутящего момента.

Однако, если вы используете численно более высокое передаточное отношение для увеличения крутящего момента, вы на самом деле уменьшаете максимальную скорость вращения привода. Это может привести к тому, что автомобиль с высоким крутящим моментом (допустим, 680 НМ) достигнет своего предела уже при 30 км/ч.

При всем этом разговоры о крутящем моменте не просто игра слов. Следует понять, что лошадиная сила – просто другой способ измерения мощности (вспомните приведенное выше уравнение: лошадиная сила – это крутящий момент, умноженный на угловую скорость и деленный на 5252). Однако двигатель может быть рассчитан на более высокие обороты и более высокую мощность и, таким образом, на создание большего крутящего момента.

Из всего вышесказанного следует, что лошадиные силы и крутящий момент связаны друг с другом, однако это не одно и то же. Автомобиль с большим крутящим моментом будет ускоряться иначе, чем автомобиль с большим числом лошадей под капотом, с разными точками переключения передач и диапазонами оборотов в минуту. Автомобили с меньшим крутящим моментом (большим числом лошадиных сил), как правило, набирают больше оборотов, но максимальная мощность достигается только на больших оборотах. Машины с большим крутящим моментом (меньшим числом лошадиных сил) имеют меньшую мощность, но сравнительно более широкий диапазон оборотов. Все очень запутано: вроде бы крутящий момент и лошадиные силы – это одно и то же, но разгоняют машину по-разному. Хорошим автомобилем можно считать тот, что имеет оптимальное соотношение крутящего момента и лошадиных сил и возможность повышения обоих параметров.

Что еще влияет на ускорение

• Вес автомобиля. Многие ошибочно полагают, что чем больше весит машина, тем больше нужно энергии, чтобы сдвинуть ее с места.
• Аэродинамика. Снова требуется много энергии, чтобы машина могла преодолевать сопротивление встречным потокам воздуха.
• Сопротивление качению. Шины и привод (шестерни, приводные валы, оси и т.д.) требуют энергии, чтобы они могли вращаться с контактирующими поверхностями.
• Шестерни/передачи. Чтобы автомобиль мог разгоняться и ускорятся, он оборудован коробкой передач. Шестеренки в коробке влияют на крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, но они не могут изменить количество лошадиных сил в машине. В коробке передач все начинается с шестерни, которая запускает крутящий момент. Он позволяет ускоряться в относительно умеренном темпе, но избежать быстрых оборотов двигателя. Каждая последующая передача помогает развить скорость. Вот почему автомобиль, например, может разогнаться от 0 до 96 км/час за 5 секунд, но от 0 до 160 км/час разгон уже займет 13 секунд, поскольку ему нужно еще 8 секунд, чтобы набрать добавочную скорость в 64 км/час. При этом важно учитывать кинетическую энергию и аэродинамику (сопротивление ветру).

Динамометр фиксирует хороший крутящий момент не только на низких оборотах, но и во всем диапазоне оборотов. В сочетании с равномерно возрастающей кривой лошадиных сил, такой двигатель дает возможность машине разгоняться и выжимать педаль газа до упора. Хотя, все зависит от привода и комплектации самой машины. Но в целом, он имеет хорошую мощность и динамику.

Хочется надеяться, что после прочтения статьи о лошадиных силах и крутящем моменте вы не будете путать эти два понятия. Главное – запомнить, что машина с очень хорошим разгоном – это та, у которой двигатель может выдавать постоянно высокую мощность, даже на самых больших оборотах. Например, система газораспределительного механизма VVT-i эффективна для небольших двигателей, она помогает оптимизировать мощность на переменных оборотах. На самом деле не столь важно, с большим количеством лошадей ли машина или с высоким крутящим моментом, потому, что есть много других факторов, влияющих на ее характеристики.

Ускорение
И снова не будем вас утомлять скучными техническими терминами, а просто подсчитаем кое-что. Крутящий момент двигателя зависит от шестерней в коробке передач. Он нарастает по мере того, как вы переключаетесь на другую скорость. На автомобиле с низким крутящим моментом, его можно увеличить путем изменения передаточного числа. В результате этого трансмиссия или коэффициент привода изменяют диапазон оборотов двигателя, а также то, как используется крутящий момент (не оценивайте это в процессе). A V8 и Vtec производят крутящий момент разными способами посредством зубчатой передачи. Эти способы зависят от конструкции двигателя.

При всем этом интересно, как уже упоминалось ранее, что, хорошо набирающая скорость машина, имеет хорошую динамику крутящего момента, которая распространяется в самом широком диапазоне оборотов (высокий диапазон оборотов помогает поддерживать максимальный крутящий момент). Чтобы добиться максимума от машины, нужно знать, как выглядит динамика мощности и какие обороты у двигателя на каждой из передач. Также необходимо знать, как меняются обороты двигателя, когда переключается скорость: повышается или понижается передача. Это поможет вам узнать, что такое динамика крутящего момента на каждой отдельной передаче. Автомобиль разгоняется сильнее всего на пике крутящего момента, но стоит вам переключиться, как падают обороты, и ослабевает крутящий момент. Вся фишка в том, чтобы найти на каких оборотах будет хороший крутящий момент на следующей передаче, без потери динамики на текущей. Конечно, многое зависит от авто и его водителя, но есть наиболее общие рекомендации. Итак, если ваша машина производит максимальный крутящий момент на 4000 оборотах, и вы не хотите переключаться на следующую скорость с этой отметки, поскольку думаете, что потеряете сейчас эти ценные обороты и не сможете сохранить такой же крутящий момент на следующей передаче, а соответственно и скорость движения. Общая рекомендация в этом случае – для максимального ускорения переключаться тогда, когда стрелка тахометра ляжет на красную отметку (у некоторых легковых и гоночных авто есть специальные индикаторы).

Обозначение мощности авто в лошадиных силах
Американские машины

Лошадиные силы (HP Gross)
До 1972 года в Америке мощность двигателя автомобиля измерялась в лошадиных силах следующим образом: на стенде испытывался двигатель, который не оснащен воздушным фильтром, системой выхлопа или системой контроля над выбросами, но иногда оснащенный коллектором. В результате показатели максимальной мощности и крутящего момента отражали только теоретические значения, но не демонстрировали реальную мощность двигателя. Таким образом, измерялась общая мощность двигателя.

Лошадиные силы (HP net)
После 1972 года в Америке стали измерять полезную мощность двигателя. У полностью укомплектованного и установленного двигателя измерялась мощность на маховике, но при этом не учитывались потери при переключении передачи.

Запомните, что американские автомобили оснащены большими двигателями CU, которые выдают высокий крутящий момент и обеспечивают высокую производительность машины.

Лошадиные силы (bhp)
Мощность измеряется в лошадиных силах при помощи динамометра. Замер происходит на испытательном стенде в месте выхода вала из двигателя (коленчатый вал, который соединяется с маховиком). Окончательная цифра получается из крутящего момента, который используется для вычисления мощности в лошадиных силах (bhp).
Обратите внимание, что показатель мощности в лошадиных силах PS, принятый в Германии, отличается от обозначения bhp. Многие производители используют значение PS для лошадиных сил BHP.
Значения приблизительные:

• 1 Bhp = 1.005 Hp (net) – (разница не существенная)
• 1 Bhp = 1.0187 PS
• 1 PS = 0.986 Hp
• 1 Hp = 1.01387 PS

Иногда происходит путаница потому, что одни говорят о мощности в лошадиных силах, измеренной динамометром, другие об измерении с учетом потерь, а третьи о способе измерения по колесам WHP.

 

Крутящий момент (момент)

Силу можно рассматривать как толчок или тянуть в определенном направлении. Когда к объекту прикладывается сила, результирующее движение объекта зависит от того, где сила приложена и как объект удерживается. Если объект не ограничен и сила приложена через центр гравитации, объект движется в чистом виде перевод, как описано Ньютоном законы движения. Если объект ограничен (или закреплен) в некотором месте, называемом опорная , объект вращается насчет стержня, но не переводит.Усилие передается через стержень а детали вращения зависят от расстояния от приложенное усилие к оси. Если объект неограничен и сила приложена расстояние от центра тяжести, объект как переводит и вращается вокруг центра тяжести. Детали вращения зависят от расстояния от приложенная сила к центру тяжести. Движение летающих объектов описанный этим третьим типом движения; комбинация перевода и вращения.M называется момент или момент . Крутящий момент также является векторной величиной и производит вращение. так же, как сила производит перевод. А именно объект на покой или вращение с постоянной угловой скоростью, будет продолжать делать это пока он не подвергнется внешнему крутящему моменту. Крутящий момент вызывает изменение в угловой скорости, которая называется угловым ускорением.

Расстояние L , используемое для определения крутящего момента T , является расстоянием от шарнир p к силе, но измеряется перпендикулярно к направление силы.На рисунке мы показываем четыре примера крутящих моментов, чтобы проиллюстрировать основные принципы, регулирующие крутящие моменты. В каждом примере синий груз W воздействует на красную полосу, которая называется рука.

В примере 1 сила (вес) приложена перпендикулярно к руке. В этом случае перпендикулярное расстояние — это длина бар, а крутящий момент равен произведению длины и силы.

Т = F * L

В примере 2 к руке приложено такое же усилие, но сила теперь действует прямо через стержень.В этом случае расстояние от оси перпендикулярно силе равно нулю. Значит, и в этом случае крутящий момент также равен нулю. Представьте себе распашную дверь. Если вы нажмете край двери, в сторону петли, дверь не двигается потому что крутящий момент равен нулю.

Пример 3 — общий случай, когда сила прилагается под некоторым углом a к рука. Перпендикулярное расстояние определяется выражением тригонометрия как длина плеча (L), умноженная на косинус (cos) угла.Тогда крутящий момент определяется по формуле:

Т = F * L * cos (а)

Примеры 1 и 2 могут быть получены из этой общей формулы, так как косинус 0 градусов составляет 1,0 (Пример 1), а косинус 90 градусов равен 0,0 (Пример 2).

В примере 4 точка поворота была перемещена с конца стержня на место около середины бара. Вес добавлен с обеих сторон оси. Справа одиночный груз W создает силу F1 , действующую на расстоянии L1 от оси.Это создает крутящий момент T1 , равный произведение силы и расстояния.

Т1 = F1 * L1

Слева от Поверните два груза W и создайте усилие F2 на расстоянии L2 . Это производит крутящий момент T2 в направлении, противоположном T1, поскольку расстояние находится в противоположном направлении.

Т2 = F2 * L2

Если бы система находилась в равновесии , или сбалансирован, крутящие моменты будут равны, и на систему не будет действовать чистый крутящий момент.

T1 = T2 или T1 — T2 = 0

F1 * L1 = F2 * L2

Если система не находится в равновесии или неуравновешена, стержень вращается. вокруг оси в направлении большего крутящего момента. Если F2 = 2 * F1, какова связь между L1 и L2, чтобы сбалансировать систему? Если F2 = 2 * F1, и L1 = L2, в каком направлении будет вращаться система?

Инженеры-авиастроители используют крутящий момент, создаваемый аэродинамическими поверхностями. для стабилизации и управления самолетом.В самолетах рули производят аэродинамические силы. Эти силы действуют на некотором расстоянии от самолет cg и поэтому заставить летательный аппарат вращаться. В лифты производят момент качки, руль направления момент рыскания, и элероны производят момент качения. Возможность варьировать количество сила и момент позволяют пилоту маневрировать или обрезать самолет. На модельных ракетах плавники используются для создания крутящего момента вокруг ракеты центр гравитации предоставлять стабильность во время полета с двигателем.На воздушных змеях аэродинамические и весовые силы производить крутящий момент вокруг уздечка. Расстояние от точки уздечки и величина сил оказывает сильное влияние на спектакль воздушного змея.

---

Деятельность:

---

Экскурсии

---

Навигация ..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Крутящий момент в физике: определение и примеры

Крутящий момент (также известный как момент или момент силы) — это стремление силы вызывать или изменять вращательное движение тела.Это сила скручивания или поворота объекта. Крутящий момент рассчитывается путем умножения силы на расстояние. Это векторная величина, то есть она имеет как направление, так и величину. Либо угловая скорость для момента инерции объекта изменяется, либо и то, и другое.

Ед. Крутящего момента

В Международной системе единиц измерения (единицы СИ) для крутящего момента используется ньютон-метр или Н * м. Несмотря на то, что ньютон-метры равны джоулям, поскольку крутящий момент не является работой или энергией, поэтому все измерения должны быть выражены в ньютон-метрах.В расчетах крутящий момент обозначается греческой буквой тау: τ . Когда он называется моментом силы, он представлен M . В имперских единицах измерения вы можете видеть фунт-сила-фут (lb⋅ft), что может быть сокращено как фунт-фут с подразумеваемым словом «сила».

Как работает крутящий момент

Величина крутящего момента зависит от приложенной силы, длины плеча рычага, соединяющего ось с точкой приложения силы, и угла между вектором силы и плечом рычага.

Расстояние — это плечо момента, часто обозначаемое r. Это вектор, указывающий от оси вращения к месту действия силы. Чтобы создать больший крутящий момент, вам нужно приложить силу дальше от точки поворота или приложить больше силы. Как сказал Архимед, имея место для стояния с достаточно длинным рычагом, он мог перемещать мир. Если вы толкаете дверь рядом с петлями, вам нужно приложить больше силы, чтобы открыть ее, чем если бы вы давили на дверную ручку на два фута дальше от петель.

Если вектор силы θ = 0 ° или 180 °, сила не вызовет вращения на оси.Он будет либо отталкиваться от оси вращения, потому что находится в том же направлении, либо отталкиваться к оси вращения. Значение крутящего момента для этих двух случаев равно нулю.

Наиболее эффективные векторы силы для создания крутящего момента — это θ = 90 ° или -90 °, которые перпендикулярны вектору положения. Это будет способствовать увеличению вращения.

Правило правой руки для крутящего момента

Сложность работы с крутящим моментом заключается в том, что он рассчитывается с использованием векторного произведения.Крутящий момент направлен в направлении угловой скорости, которую он мог бы создать, поэтому изменение угловой скорости происходит в направлении крутящего момента. Правой рукой согните пальцы руки в направлении вращения, вызванного силой, а большой палец будет указывать в направлении вектора крутящего момента.

Полезный крутящий момент

В реальном мире вы часто видите, что на объект действует несколько сил, вызывающих крутящий момент. Чистый крутящий момент — это сумма отдельных крутящих моментов.Во вращательном равновесии на объект отсутствует чистый крутящий момент. Могут быть отдельные крутящие моменты, но они в сумме равны нулю и компенсируют друг друга.

Источники и дополнительная информация

• Джанколи, Дуглас К. «Физика: принципы с приложениями», 7-е изд. Бостон: Пирсон, 2016.
• Уокер, Джерл, Дэвид Холлидей и Роберт Резник. «Основы физики», 10-е изд. Лондон: John Wiley and Sons, 2014.
.

Введение | Безграничная физика

Крутящий момент

Крутящий момент — это сила, которая заставляет объекты поворачиваться или вращаться (т.е.е. тенденция силы вращать объект вокруг оси).

Цели обучения

Опишите влияние крутящего момента на объект

Основные выводы

Ключевые моменты

• Крутящий момент определяется умножением приложенной силы на расстояние до оси вращения, называемой плечом момента.
• Крутящий момент — вращение, как сила — движение.
• Единица крутящего момента — ньютон-метр.

Ключевые термины

• вектор : Направленная величина, имеющая как величину, так и направление; между двумя точками.
• угловая скорость : векторная величина, описывающая объект в круговом движении; его величина равна скорости частицы, а направление перпендикулярно плоскости ее кругового движения.
• угловое движение : движение тела вокруг фиксированной точки или фиксированной оси (как планеты или маятника). Он равен углу, который проходит в точке или оси линией, проведенной к телу.

Крутящий момент относительно точки — это концепция, которая обозначает тенденцию силы поворачивать или вращать движущийся объект.Эта тенденция обычно измеряется относительно точки и обозначается как момент силы . Крутящий момент при угловом движении соответствует действующей силе. Это «причина», следствием которой является угловое ускорение или угловое замедление частицы при общем движении. Количественно он определяется как вектор:

Torque : Краткое введение в крутящий момент для студентов, изучающих вращательное движение в курсах физики на основе алгебры, таких как AP Physics 1 и Honors Physics.

[латекс] \ text {T} = \ text {r} \ times \ text {F} [/ latex]

Вращение — это частный случай углового движения. В случае вращения крутящий момент определяется относительно оси, так что вектор «r» ограничивается как перпендикулярный оси вращения. Другими словами, плоскость движения перпендикулярна оси вращения. Ясно, что крутящий момент при вращении соответствует силе при поступлении.

Крутящий момент — это произведение силы на длину плеча момента; он задействован всякий раз, когда есть вращающийся объект.Крутящий момент также можно выразить через угловое ускорение объекта.

Определение направления крутящего момента относительно проще, чем определение угловой скорости. Причина этого проста: сам крутящий момент равен векторному произведению двух векторов, в отличие от угловой скорости, которая является одним из двух операндов векторного произведения. Ясно, что если мы знаем здесь направления двух операндов, направление крутящего момента можно легко интерпретировать.

Поскольку крутящий момент зависит как от силы, так и от расстояния от оси вращения, в системе СИ единицами измерения крутящего момента являются ньютон-метры.

Крутящий момент : Крутящий момент с точки зрения плеча момента.

10,6 Момент | University Physics Volume 1

В следующих примерах мы вычисляем крутящий момент как абстрактно, так и применительно к твердому телу.

Сначала мы представляем стратегию решения проблем.

Пример

Расчет крутящего момента

Четыре силы показаны на (Рисунок) в определенных местах и ​​ориентациях относительно данной системы координат xy .Найдите крутящий момент, создаваемый каждой силой относительно начала координат, а затем используйте полученные результаты, чтобы найти чистый крутящий момент относительно начала координат.

Рисунок 10.34 Четыре силы, создающие крутящие моменты.

Стратегия

Эта задача требует расчета крутящего момента. Все известные величины — силы с направлениями и плечами рычага — приведены на рисунке. Цель состоит в том, чтобы найти каждый отдельный крутящий момент и чистый крутящий момент путем суммирования отдельных крутящих моментов. Будьте осторожны, чтобы назначить правильный знак каждому крутящему моменту, используя перекрестное произведение [latex] \ overset {\ to} {r} [/ latex] и вектора силы [latex] \ overset {\ to} {F} [/ латекс].

Решение

Используйте [latex] | \ overset {\ to} {\ tau} | = {r} _ {\ perp} F = rF \ text {sin} \, \ theta [/ latex], чтобы найти величину и [латекс] \ overset {\ to} {\ tau} = \ overset {\ to} {r} \, × \, \ overset {\ to} {F} [/ latex] для определения знака крутящего момента.

Крутящий момент от силы 40 Н в первом квадранте задается выражением [latex] (4) (40) \ text {sin} \, 90 \ text {°} = 160 \, \ text {N} · \ text {m } [/ латекс].

Перекрестное произведение [латекса] \ overset {\ to} {r} [/ latex] и [latex] \ overset {\ to} {F} [/ latex] вне страницы, положительное.

Крутящий момент от силы 20 Н в третьем квадранте определяется выражением [latex] \ text {-} (3) (20) \ text {sin} \, 90 \ text {°} = — 60 \, \ text {N } · \ Text {m} [/ latex].

Перекрестное произведение [латекс] \ overset {\ to} {r} [/ latex] и [latex] \ overset {\ to} {F} [/ latex] находится на странице, поэтому оно отрицательное.

Крутящий момент от силы 30 Н в третьем квадранте определяется выражением [latex] (5) (30) \ text {sin} \, 53 \ text {°} = 120 \, \ text {N} · \ text {m } [/ латекс].

Перекрестное произведение [латекса] \ overset {\ to} {r} [/ latex] и [latex] \ overset {\ to} {F} [/ latex] вне страницы, положительное.

Крутящий момент от силы 20 Н во втором квадранте определяется выражением [latex] (1) (20) \ text {sin} \, 30 \ text {°} = 10 \, \ text {N} · \ text {m } [/ латекс].

Перекрестное произведение [латекса] \ overset {\ to} {r} [/ latex] и [latex] \ overset {\ to} {F} [/ latex] отсутствует на странице.

Таким образом, чистый крутящий момент равен [латекс] {\ tau} _ {\ text {net}} = \ sum _ {i} | {\ tau} _ {i} | = 160-60 + 120 + 10 = 230 \, \ text {N} · \ text {m} \ text {.} [/ latex]

Значение

Обратите внимание, что каждая сила, действующая в направлении против часовой стрелки, имеет положительный крутящий момент, тогда как каждая сила, действующая в направлении по часовой стрелке, имеет отрицательный крутящий момент.Крутящий момент тем больше, чем больше расстояние, сила или перпендикулярные компоненты.

Пример

Расчет крутящего момента на твердом теле (рисунок) показывает несколько сил, действующих в разных местах и ​​под разными углами на маховик. У нас есть [латекс] | {\ overset {\ to} {F}} _ {1} | = 20 \, \ text {N}, [/ latex] [latex] | {\ overset {\ to} {F} } _ {2} | = 30 \, \ text {N} [/ latex], [latex] | {\ overset {\ to} {F}} _ {3} | = 30 \, \ text {N} [ / latex] и [latex] r = 0,5 \, \ text {m} [/ latex]. Найдите чистый крутящий момент на маховике вокруг оси, проходящей через центр.

Рисунок 10.35 Три силы, действующие на маховик.

Стратегия

Рассчитываем каждый крутящий момент индивидуально, используя векторное произведение, и определяем знак крутящего момента. Затем суммируем крутящие моменты, чтобы найти чистый крутящий момент.

Решение

Начнем с [латекса] {\ overset {\ to} {F}} _ {1} [/ latex]. Если мы посмотрим на (рисунок), мы увидим, что [latex] {\ overset {\ to} {F}} _ {1} [/ latex] составляет угол [latex] 90 \ text {°} +60 \ text {°} [/ latex] с радиус-вектором [latex] \ overset {\ to} {r} [/ latex].Взяв перекрестное произведение, мы видим, что он отсутствует на странице и поэтому является положительным. Мы также видим это, посчитав его величину:

.

[латекс] | {\ overset {\ to} {\ tau}} _ {1} | = r {F} _ {1} \ text {sin} \, 150 \ text {°} = 0,5 \, \ text {m} (20 \, \ text {N}) (0,5) = 5,0 \, \ text {N} · \ text {m}. [/ латекс]

Затем мы посмотрим на [латекс] {\ overset {\ to} {F}} _ {2} [/ latex]. Угол между [латексом] {\ overset {\ to} {F}} _ {2} [/ latex] и [latex] \ overset {\ to} {r} [/ latex] составляет [латекс] 90 \ text { °} [/ latex] и перекрестное произведение находится на странице, поэтому крутящий момент отрицательный.Его значение

[латекс] | {\ overset {\ to} {\ tau}} _ {2} | = \ text {-} r {F} _ {2} \ text {sin} \, 90 \ text {°} = -0,5 \, \ text {m} (30 \, \ text {N}) = — 15,0 \, \ text {N} · \ text {m}. [/ латекс]

Когда мы оцениваем крутящий момент из-за [латекса] {\ overset {\ to} {F}} _ {3} [/ latex], мы видим, что угол, который он образует с [латексом] \ overset {\ to} {r } [/ latex] равно нулю, поэтому [latex] \ overset {\ to} {r} \, × \, {\ overset {\ to} {F}} _ {3} = 0. [/ latex] Следовательно, [latex] {\ overset {\ to} {F}} _ {3} [/ latex] не создает крутящего момента на маховике.

Оцениваем сумму крутящих моментов:

[латекс] {\ tau} _ {\ text {net}} = \ sum _ {i} | {\ tau} _ {i} | = 5-15 = -10 \, \ text {N} · \ text {м}. [/ латекс]

Значение

Ось вращения находится в центре масс маховика. Поскольку маховик находится на фиксированной оси, он не может перемещаться свободно. Если бы он был на поверхности без трения и не был зафиксирован на месте, [латекс] {\ overset {\ to} {F}} _ {3} [/ latex] заставил бы маховик сдвинуться, а также [латекс] {\ overset {\ to} {F}} _ {1} [/ latex].Его движение было бы комбинацией поступательного и вращательного движения.

Torque — обзор | Темы ScienceDirect

Интерпретация данных испытаний

^2,3,59,100

Данные можно разделить на темы, определяющие параметры крутящего момента, характеристики ускорения и замедления и параметры мышечной деятельности. Примерный изокинетический график и данные показаны на рисунке 54-4.

Параметры крутящего момента

Крутящий момент определяется как сила, умноженная на перпендикулярное расстояние от оси вращения.Термин пиковый крутящий момент выражает единичное повторяющееся событие, которое является наивысшей точкой на графике, независимо от того, где оно происходит в ПЗУ. ^2,3,60,103 Средний крутящий момент всех повторений испытаний, выполненных во время одного набора, составляет средний пиковый крутящий момент . Средние значения пикового крутящего момента могут предоставить клиницисту более ценную информацию о мышечной производительности, чем значение пикового крутящего момента при однократном повторении.

Характеристики ускорения и замедления

Параметр испытания, называемый скоростью по времени до развития крутящего момента , является примером параметра ускорения. ^2,3,59,100 Этот параметр теста показывает, насколько быстро объект может создавать крутящий момент. Скорость развития крутящего момента может быть выражена как коэффициент времени, например 0,2 секунды, или как коэффициент положения соединения при любом конкретном угле соединения или заданном значении крутящего момента. Этот параметр теста может быть полезен для клинициста при определении способности к ускорению внутренних ротаторов плеча, особенно у спортсменов, выполняющих метание через голову. Энергия крутящего момента ускорения (TAE) — еще один пример измерения взрывных мышечных характеристик.TAE — это общая работа за ⅛ секунды.

Скорость затухания кривой крутящего момента или замедление группы мышц ^2,3,100 — это наклон кривой вниз от пикового крутящего момента. При наблюдении за кривой крутящего момента наклон кривой крутящего момента должен казаться прямым или слегка выпуклым. Кривая крутящего момента, скорость спада силы которой вогнута, указывает на невозможность или трудность создания силы около конца ПЗУ.

Параметры мышечной деятельности

Следующая область интерпретации данных — параметры мышечной деятельности. ^2,3,59,100 Сюда входят общая работа, средняя мощность и характеристики мышечной выносливости. Общая работа определяется как момент, умноженный на ROM. Он представляет собой объем площади кривой крутящего момента. Максимальное повторение работы — это однократное повторение, во время которого было выполнено максимальное количество работы. Средняя мощность — это крутящий момент, умноженный на дугу движения, разделенную на время, или работу, разделенную на время. Этот параметр представлен в ваттах. Работа и мощность также могут быть выражены по отношению к массе тела, например, как отношение работы к массе тела.

Существует множество методов оценки мышечной выносливости с помощью изокинетических тестов. В одном из часто используемых методов работа в первой трети и работа в последней трети повторений рассчитывается как измерение мышечной выносливости. Это представляет собой общий объем работы, выполненной в первых 33,3% набора, а работа в последней трети составляет последние 33,3%. Процент утомления от работы — это соотношение изменений между первой и последней третью любого теста.

Огромный объем данных может быть получен с помощью изокинетического теста плеча.Эти данные могут создать парадокс для тестировщика. Для интерпретации данных плеча обычно используются три параметра: двустороннее сравнение, одностороннее сравнение данных и соотношение крутящего момента к массе тела. ^2,3,59,100 Текущая литература вызвала значительные противоречия при сравнении данных. Некоторая путаница может быть связана с несоответствиями в используемых положениях для испытаний и различиями в оборудовании для испытаний. Несколько исследователей показали значительные различия между результатами, полученными на разных тестовых устройствах. ^104–107 Результаты изокинетического тестирования нельзя сравнивать на одном устройстве или системе с результатами другого устройства или системы.

Двустороннее сравнение

Что касается двустороннего сравнения пикового крутящего момента доминирующего и недоминирующего плеча, Уилк и его коллеги ¹⁰⁸ сообщили о своих результатах изокинетических испытаний на 150 профессиональных бейсбольных питчерах. Результаты показывают, что при двухстороннем сравнении тестирования внешнего и внутреннего вращения, метательное плечо равно не метательному плечу (Таблица 54-1).Двустороннее сравнение отведения и приведения не показало значительных различий в пиковом крутящем моменте для отводящих мышц плеча, тогда как приводящие мышцы показали значительную разницу при обеих испытательных скоростях (180 и 300 град / с) (Таблица 54-2). ⁶³ Таблица 54-3 иллюстрирует коллективную работу различных исследователей, которые задокументировали двусторонние сравнения максимального крутящего момента плеча.

Односторонние соотношения

Односторонние соотношения мышц выражают баланс между группами мышц-агонистов и антагонистов.Несколько исследователей опубликовали данные относительно соотношения ER / IR плеча. ^{2,3,109–112} Айви и его коллеги ¹¹³ сообщили о соотношении 66% при 60, 180 и 300 град / сек. Кук и его коллеги ¹¹¹ продемонстрировали соотношение ER / IR 70% при 180 град / сек и 300 град / сек для метательного плеча и соотношения 83% и 87% на уважаемых скоростях для не метательного плеча. Davies ^2,3 сообщил о соотношении 66,6% при 60 и 300 град / сек. В таблице 54-4 представлены соотношения односторонних мышц ER / IR для плеча, полученные от разных исследователей. ^{2,3,71,108–112} В таблицах 54-5, 54-6 и 54-7 перечислены соотношения крутящего момента и работы к массе тела, полученные в результате исследований элитных юных теннисистов и профессиональных бейсбольных питчеров. В таблицах 54-8 и 54-9 представлены отношения внешнего вращения к внутреннему для элитных юных теннисистов и бейсбольных питчеров.

Одностороннее соотношение мышц плечевых отводящих и приводящих мышц, по данным нескольких авторов, составляет 2: 1. ^107,112 Уилк и его коллеги ⁶³ обнаружили, что отношение отведения к приведению для доминирующего плеча (метательное плечо) составляет 83% при 180 град / сек и 94% при 300 град / сек.Недоминирующее отношение отведения плеча к приведению составляет 66% при 180 град / сек и 70% при 300 град / сек. ⁶³ В таблице 54-10 представлены значения коллективной работы разных авторов в отношении соотношения мышц плеча, отводящего и приводящего. ^2,3,109,112

Отношение крутящего момента к массе тела

Последний параметр крутящего момента — это отношение крутящего момента к массе тела. В таблицах с 54-5 по 54-7 и в таблице 54-11 представлены отношения крутящего момента к массе тела для внешнего вращения плеча и внутреннего вращения, а также для отведения и приведения. ¹⁰⁹

Различия наблюдаются в изокинетических мышечных характеристиках спортсменов разных типов, возрасте и навыках испытуемых, а также патологических состояниях. В таблицах 54-5 и 54-8 и в таблицах с 54-12 по 54-14 представлены описательные данные нескольких исследований, касающихся элитных теннисистов-юниоров и университетских теннисистов, ^114–117 профессиональных бейсбольных питчеров и пловцов. ¹¹⁸ Эти данные могут помочь интерпретировать данные изокинетического теста плеча в различных группах спортсменов с надголовником.

Формула крутящего момента (момент инерции и угловое ускорение)

При вращательном движении крутящий момент требуется для создания углового ускорения объекта. Величина крутящего момента, необходимого для создания углового ускорения, зависит от распределения массы объекта. Момент инерции — это величина, описывающая распределение. Его можно найти путем интегрирования по массе всех частей объекта и их расстояниям до центра вращения, но также можно найти моменты инерции для общих форм.Крутящий момент на данной оси является произведением момента инерции и углового ускорения. Единицы крутящего момента — ньютон-метры (Н ∙ м).

крутящий момент = (момент инерции) (угловое ускорение)

τ = Iα

τ = крутящий момент вокруг определенной оси (Н ∙ м)

I = момент инерции (кг ∙ м ² )

α = угловое ускорение (радиан / с ² )

Формула крутящего момента Вопросы:

1) Момент инерции твердого диска равен, где M — масса диска, а R — радиус.Каждое колесо игрушечной машинки имеет массу 0,100 кг и радиус 20,0 см. Если угловое ускорение колеса составляет 1,00 радиан / с ² , каков крутящий момент?

Ответ: Крутящий момент можно найти с помощью формулы крутящего момента и момента инерции твердого диска. Крутящий момент:

τ = Iα

τ = 0,0020 Н ∙ м

Крутящий момент, прилагаемый к одному колесу, составляет 0,0020 Н ∙ м.

2) Момент инерции тонкого стержня, вращающегося на оси, проходящей через его центр, равен, где M — масса, а L — длина стержня.Предположим, что лопасть вертолета представляет собой тонкий стержень массой 150,0 кг и длиной 8,00 м. Какой крутящий момент требуется для достижения углового ускорения 18,00 радиан / с ² ?

Ответ: Крутящий момент можно найти с помощью формулы крутящего момента и момента инерции тонкого стержня. Крутящий момент:

τ = Iα

τ = 14 400 Н ∙ м

Требуемый крутящий момент составляет 14 400 Н ∙ м.

Определение крутящего момента в физике.

Примеры крутящего момента в следующих темах:

• Момент

  • Крутящий момент относительно точки — это концепция, которая обозначает тенденцию силы к повороту или вращению объекта в движении.
  • Крутящий момент при угловом движении соответствует силе при поступательном движении.
  • Очевидно, что крутящий момент при вращении соответствует силе поступательного движения.
  • Крутящий момент также может быть выражен через угловое ускорение объекта.
  • Поскольку крутящий момент зависит как от силы, так и от расстояния от оси вращения, единицей СИ для крутящего момента 1 являются ньютон-метры.

• Крутящий момент в токовой петле: прямоугольный и общий

  • Замена F на IlB в уравнении крутящего момента дает:
  • Также обратите внимание, что это уравнение крутящего момента для одного оборота.
  • Максимальный крутящий момент возникает в (b), когда равен 90 градусам.
  • Минимальный крутящий момент равен 0 и встречается в (c), когда θ составляет 0 градусов.
  • Когда контур вращается за = 0, крутящий момент меняет направление (d).

• Взаимосвязь между крутящим моментом и угловым ускорением

  • Крутящий момент равен моменту инерции, умноженному на угловое ускорение.
  • Точно так же, как Второй закон Ньютона, согласно которому сила равна массе, умноженной на ускорение, крутящий момент подчиняется аналогичному закону.
  • Связь между векторами силы (F), крутящего момента (τ), импульса (p) и углового момента (L) во вращающейся системе
  • Крутящий момент , угловое ускорение и роль церкви во Французской революции
  • Выразите взаимосвязь между крутящим моментом и угловым ускорением в форме уравнения

• Гироскопы

  • Прилагаемые силы создают крутящий момент , который горизонтален по направлению к человеку, и этот крутящий момент создает изменение углового момента L в том же направлении, перпендикулярном исходному угловому моменту L, таким образом изменяя направление L, но не величина L.
  • Гироскоп прецессирует вокруг вертикальной оси, поскольку крутящий момент всегда горизонтален и перпендикулярен L.
  • Это действие создает крутящий момент прямо к ней.
  • Этот крутящий момент вызывает изменение углового момента ΔL точно в том же направлении.
  • На рисунке (b) показано, что направление крутящего момента совпадает с направлением создаваемого им углового момента.

• Второе состояние

  • Второе условие статического равновесия гласит, что чистый крутящий момент , действующий на объект, должен быть равен нулю.
  • Если данный объект находится в статическом равновесии, как чистая сила, так и чистый крутящий момент на объект должны быть равны нулю.
  • Чтобы понять, какие факторы влияют на вращение, давайте подумаем о том, что происходит, когда вы открываете обычную дверь, вращая ее на петлях. Величина, направление и точка приложения силы включены в определение физической величины, называемой крутящий момент — вращательный эквивалент силы.
  • В форме уравнения величина крутящего момента определяется как τ = rFsinθ, где τ (греческая буква тау) — это символ крутящего момента , r — расстояние от точки поворота до точки приложения силы. , F — величина силы, а θ — угол между силой и вектором, направленным от точки приложения к точке поворота.

• Методы решения проблем

  • При решении статических задач вам необходимо определить все силы и крутящие моменты , подтвердить направления, решить уравнения и проверить результаты.
  • Мы решили расположить ось слева в этой части задачи, чтобы исключить крутящий момент из левой. Решение для (a) Теперь есть только два ненулевых крутящих момента : момент от силы тяжести (τw ) и от толчка или тяги правой руки (τR).
  • Формулировка второго условия в терминах крутящих моментов по часовой стрелке и против часовой стрелки , τcwnet = –τccwnet То есть алгебраическая сумма крутящих моментов равна нулю.
  • Здесь это означает: τR = –τw, поскольку вес столба создает крутящий момент против часовой стрелки , а правые счетчики — крутящий момент по часовой стрелке .
  • Это упрощает ситуацию, поскольку силы в точке поворота не создают крутящий момент из-за перекрестного произведения: $ \ tau = rF $

• Сохранение углового момента

  • Закон сохранения углового момента гласит, что когда на объект не действует внешний крутящий момент , никакого изменения углового момента не происходит.
  • Так же, как линейный момент сохраняется, когда нет чистых внешних сил, угловой момент постоянен или сохраняется, когда чистый вращающий момент равен нулю.
  • $ \ vec \ tau = \ frac {d \ vec L} {d t} $, где $ \ tau $ — крутящий момент .
  • Для ситуации, когда чистый крутящий момент равен нулю, $ \ frac {d \ vec L} {d t} = 0 $.
  • Ее угловой момент сохраняется, потому что чистый крутящий момент на ней пренебрежимо мал.

• Инерция вращения

  • Инерция вращения — это тенденция вращающегося объекта оставаться вращающимся, если к нему не приложен крутящий момент .
  • Другими словами, вращающийся объект будет продолжать вращаться, а невращающийся объект останется неподвижным, если на него не будет действовать крутящий момент .
  • Напомним, что крутящий момент — это эффективность силы поворота при повороте.
  • В этом случае, поскольку F перпендикулярно r, крутящий момент просто равен τ = Fr.
  • Итак, если мы умножим обе части приведенного выше уравнения на r, мы получим крутящий момент в левой части.

• Статическое равновесие

  • Любая область или точка, или любой статический объект в статической жидкости находится в статическом равновесии, где все силы и моменты равны нулю.
  • Анализ и исследование объектов в статическом равновесии и сил и моментов, действующих на них , называется статикой — подтема механики.
  • Следовательно, сумма сил и крутящих моментов в любой точке статической жидкости или газа должна быть равна нулю.
  • Аналогично, сумма сил и крутящих моментов объекта, покоящегося в статической текучей среде, также должна быть равна нулю.
  • Для неподвижного объекта в статической жидкости на объект отсутствуют крутящие моменты , поэтому сумма крутящих моментов для такой системы немедленно равна нулю; это не должно касаться анализа, поскольку условие равновесия крутящего момента выполняется.

• Момент инерции

  • Net τ — это общий крутящий момент от всех сил относительно выбранной оси.
  • Такие крутящие моменты либо положительные, либо отрицательные и складываются как обычные числа.
  • Это уравнение действительно для любого крутящего момента , приложенного к любому объекту и относительно любой оси.
  • Как и следовало ожидать, чем больше крутящий момент , тем больше угловое ускорение.
  • Например, чем сильнее ребенок толкает карусель, тем медленнее он разгоняется для того же крутящего момента .