مکانیک

تبلیغات
Blog.ir بلاگ، رسانه متخصصین و اهل قلم، استفاده آسان از امکانات وبلاگ نویسی حرفه‌ای، در محیطی نوین، امن و پایدار bayanbox.ir صندوق بیان - تجربه‌ای متفاوت در نشر و نگهداری فایل‌ها، ۳ گیگا بایت فضای پیشرفته رایگان Bayan.ir - بیان، پیشرو در فناوری‌های فضای مجازی ایران
طبقه بندی موضوعی
آخرین نظرات

گشتاور ـ انرژی ـ توان ـ نیرو

چهارشنبه, ۲۷ مرداد ۱۳۸۹، ۰۴:۱۳ ق.ظ
گشتاور ـ انرژی ـ توان ـ نیرو

معرفی :

اگر مقالات زیادی در مورد خودرو خوانده باشید ، اصطلاحات زیادی مثل اصطلاحات بالا را در آن دیده اید . لغاتی مثل جرم ، نیرو تورک ، کار قدرت و انرژی . این لغات واقعاً چه معنی ای می دهند و آیا با هم دیگر قابل عوض کردن و قابل کاربرد هستند ؟
در این مقاله ، ما کمک خواهیم کرد که همه ی این اصطلاحات را در کنار هم بیاورید ، چند مثال از زمانی که استفاده می شوند ، بیاوریم ، و حتی یکی دو محاسبه در راستای درک مفهوم آنها خواهیم داشت .
در این مقاله ، به انواع مختلفی از واحدهای اندازه گیری اشاره می کنیم .
در بیشتر جهان ، سیستم بین المللی واحدها یا SI ( International system of units )
که همچنین به نام سیستم متریک ( system metric ) هم نامیده می شود ، به عنوان سیستم استاندارد واحدها پذیرفته شده است .
این سیستم شامل بیشتر واحدهای متریک که به آن عادت دارید می شود . مثل متر و کیلوگرم . اما همچنین شامل واحدهایی برای خیلی از خواص فیزیکی و مهندسی می شود . حتی ایالات متحده هم رسماً سیستم SI ( مخفف SI از نام فرانسوی سیستم بین المللی گرفته شده است ) را پذیرفته است . اما واحدهای انگلیسی مهندسی ( مثل پوند و فوت ) همچنان در استفاده های روزانه ، مورد استفاده قرار می گیرند .
قبل از اینکه وارد توضیح دادن در مورد این اصطلاحات شویم ، نیاز داریم که بر یک سری از اصول اولیه مروری بکنیم . ما با جرم شروع می کنیم و با کار ادامه می دهیم و نهایتاً به انرژی می رسیم .

جرم چیست ؟

به طور کلی جرم به عنوان میزان ماده ای که یک جسم یا شیء شامل می شود ، معنی می شود . ( تعداد کامل ذرات ریز اتمی الکترون ، پروتون و نوترون در شیء ) . اگر شما جرم خودتان را در گرانش زمین ضرب کنید ، وزن تان را به دست می آورید . بنابراین اگر وزن بدن شما نوسان دارد ( به علت خوردن یا ورزش کردن ) در واقع این به علت تعداد اتمهاست که تغییر می کند .
مهم است که بدانید جرم به محل شما در فضا بستگی ندارد . جرم بدن شما در ماه برابر جرم شما در زمین است چون تعداد اتمهایش ثابت است . به عبارت دیگر ، جاذبه ی زمین ، همان طور که از زمین دور می شوید ، کاهش می یابد . بنابراین شما می توانید با تغییر ارتفاع خود ، وزن تان را از دست دهید ، اما جرم شما همان که بوده است ، هست . شما می توانید با زندگی روی ماه هم وزن تان را از دست دهید ، اما همچنان جرم شما ثابت است
جرم برای محاسبه ی شتاب گیری اجسام وقتی به آنها نیرو وارد می کنیم ، مهم است . چه چیزی تعیین می کند که به چه سرعت یک خودرو می تواند سرعت بگیرد ؟ احتمالاً شما می دانید که اتومبیل شما وقتی 5 نفر بزرگسال در آن باشد ، نسبت به وقتی که 1 نفر باشد ، آهسته تر سرعت می گیرد . پس از آن که در مورد نیرو صحبت کردیم ، در مورد ارتباط جرم ، نیرو و شتاب صحبت خواهیم کرد .

نیرو چیست ؟

یک نمونه از نیرو که همه با آن آشنا هستند ، وزن است . این همان نیرویی است که زمین بر شما اعمال می کند . دو چیز جالب در مورد این نیرو وجود دارد :
1 ـ این نیرو شما را به سمت پایین می کشد یا دقیق شما را به سمت مرکز زمین می کشد .
2 ـ این نیرو متناسب با جرم شماست . اگر جرم بیشتری داشته باشید ، زمین شما را با نیروی بیشتری می کشد .
وقتی که شما بر روی یک ترازوی حمام ( ترازوهای وزن کشی عقربه ای معمولی ) قدم می گذارید ، شما یک نیرو بر ترازو وارد می کنید . نیرویی که شما بر ترازو وارد می کنید ، یک فنر را می فشرد و عقربه را تکان می دهد . وقتی که یک توپ بیسبال را پرتاب می کنید ، به آن نیرویی را وارد می کنید که موجب سرعت گرفتن آن می شود .
یک موتور هواپیما نیرویی تولید می کند که هواپیما را در هوا رو به جلو هول می دهد . یک تایر اتومبیل نیرویی به زمین وارد می کند که موجب حرکت اتومجبیل در مسیر مستقیم می شود .
نیرو موجب شتاب می شود . اگر شما یک نیرو به ماشین اسباب بازی وارد کنید ، مثلاً : ( با دست خود آن را هل دهید ) ، شروع به حرکت می کند . ممکن است ساده به نظر آید ، اما این یک حقیقت خیلی مهم است .
حرکت این خودرو از قانون دوم ایزاک نیوتون پیروی می کند که اساس مکانیک کلاسیک را تشکیل می دهد . قانون دوم نیوتون می گوید که شتاب یک جسم ( با علامت اختصاری a بر گرفته از acceleration ) در رابطه مستقیم با نیروی اعمال شده ( با علامت اختصاری F برگرفته از Force ) است و با جرم ( با علامت اختصاری m برگرفته از mass ) رابطه ی عکس دارد .
در نتیجه هر چقدر نیروی بیشتری اعمال کنید ، شتاب بیشتری خواهید داشت . و جرم بیشتر ، شتاب کمتری را موجب می شود . معمولاً قانون دوم نیوتون به صورت فرمول روبرو خلاصه می شود .
f=ma یا a=f/m
( f : نیرو و m : جرم و a: شتاب )
واحدهای رایج برای جرم :
1g=0.001kg Gram(g) : SI سیستم
( پوندمس ) kg=2.2 Lbm kilogram(kg)
1kg=0.0685 slug
سیستم انگلیسی :
1lbms=0.4536kg pound mass(1bm)
1slug=14.5939kg slug(slug)
واحدهای رایج نیرو :
1N=0.225lb newton (N) : سیستم SI
1lb=4.448N POUND(lb) : سیستم انگلیسی
به افتخار کار بزرگ نیوتون ، واحد استاندارد نیرو در سیستم SI ، نیوتون نامیده شد . یک نیوتون نیروی ، برای اینکه به یک جسم یک کیلوگرمی شتاب 1 متر بر مجذور ثانیه () داده شود ، کافی است .
در واقع ، این همان مفهوم واقعی نیرو و جرم است . یک کیلوگرم میزان وزنی است که یک نیوتون نیرو شتاب 1 متر بر مجذور ثانیه می دهد . در واحدهای انگلیسی یک اسلاگ ( slug ) میزان جرمی است که 1 پوند نیرو ( پوند فورس ) شتاب 1 فوت بر مجذور ثانیه () تولید می کند . و یک پوند جرم ، میزان جرمی است که 1 پوند نیرو به آن شتاب 32 فوت بر مجذور ثانیه () می دهد .
زمین به جسم های در حال سقوط نیروی کافی وارد می کند تا شتاب 9/8 متر بر مجذور ثانیه یا 32 فوت بر مجذور ثانیه بگیرند . این نیروی گرانشی اغلب در معادلات با علامت g نشان داده می شود . اگر جسمی را از یک تخته سنگ پایین پرتاب کنید ، به ازای هر ثانیه ای که در حرکت رو به پایین باشد ، سرعت 9/8 متر بر ثانیه افزایش می یابد . بنابراین اگر در مدت زمان 5 ثانیه سقوط کنید ، در هنگام رسیدن به زمین 49 متر بر ثانیه سرعت دارد . که این میزان شتاب مناسبی است . اگر یک خودرو بتواند چنین شتابی داشته باشد ، می تواند در کمتر از 3 ثانیه به سرعت 97 کیلومتر در ساعت یا 60 مایل برسد . ( هم اکنون در دنیا خودروهای انگشت شماری چنین توانایی عجیبی دارند و به اعضای باشگاه 3 ثانیه ای معروف هستند ) .

نیروهای زیاد :

معمولاً وقتی ما درباره ی نیرو صحبت می کنیم ، بیش از یک نیرو درگیر هستند ، و این نیروها در مسیرهای مختلفی اعمال می شوند . اجازه دهید که کمی با دقت تر به قضیه بپردازیم . وقتی که خودرو ثابت است ، گرانش نیرویی رو به پایین به خودرو وارد می کند ( این نیرو بر تمام قسمت های خودرو وارد می شود اما برای سادگی آن را بر مرکز جرم وارد شده ، در نظر می گیریم . ) اما زمین هم نیروی برابر و البته در جهت مخالفی بر اتومبیل وارد می کند ، پس خودرو هیچ حرکتی نمی کند .
وقتی که خودرو شروع به شتاب گرفتن می کند ، چند نیروی جدید هم وارد بازی می شوند . چرخ های عقبی ( که نیروی موتور به آنها وارد می شود ) نیرویی معکوس بر زمین در راستای افقی وارد می کنند . این ، خودرو را مجبور به آغاز شتاب گیری می کند . وقتی خودرو در حال آهسته حرکت کردن است ، تقریباً همه ی نیروها برای شتاب دادن به خودرو ، عمل می کنند .
خودرو بر این شتاب باقی می ماند . آن هم با استفاده از نیرویی که از حاصل ضرب جرم در شتاب به دست می آید . ( برای دیدن انیمیشن این قسمت و بقیه ی قسمت ها ، به سایت منبع مراجعه کنید . متاسفانه انیمیشن ها قابل دانلود نبود ) . وقتی که خودرو شروع به حرکت می کند ، هوا نیرویی را بر خلاف حرکت اتومبیل به آن وارد می کند ، که با افزایش سرعت اتومبیل ، این نیرو افزایش می یابد . این نیروی آئرودینامیکی در خلاف جهت نیروهایی که تایرها وارد می کنند ( نیرویی که خودرو را به پیش می برد ) ، وارد می شود . بنابراین این نیروی وارد شده از طرف هوا از نیروی تایرها کم می شود و نیروی کمتری برای شتاب گیری باقی می ماند .
سرانجام خودرو به حداکثر سرعت خود می رسد ، نقطه ای که دیگر در آن نمی تواند شتاب گیری داشته باشد . در این نقطه نیروی پیشران اتومبیل برابر نیروی آئرودینامیکی می شود و هیچ نیروی اضافی برای شتاب گیری خودرو باقی نمی ماند .

تورک چیست ؟

تورک نیرویی است که مایل است اجسام را بگرداند ( حول یک نقطه ) یا بچرخاند ( حول خودشان ) ، شما وقتی که یک اچار فرانسه را استفاده می کنید ، نیروی تورک تولید می کنید . سفت کردن مهره های چرخ اتومبیل مثال خوبی است . وقتی که یک اچار فرانسه را استفاده می کنید ، نیرویی را به دسته آن وارد می کنید . این نیرو ، یک تورک ( گشتاور ) بر مهره ایجاد می کند که مایل است مهره را بچرخاند .
واحد انگلیسی تورک ( گشتاور ، torque) پوند اینچ یا پوند فوت است . واحد SI تورک ، نیتون متر است . توجه کنید که واحدهای تورک ، شامل فاصله و نیرو می شوند .برای محاسبه ی تورک ( گشتاور ، TORQUE) شما باید فقط نیرو را در فاصله از مرکز ضرب کنید . در مثال مهره ، اگر طول دسته آچار فرانسه 1 فوت باشد و شما نیروی 200 پوند فورس را بر آن اعمال کنید ، شما گشتاور یا تورک 200 پوند فوت را اعمال کرده اید . اگر شما از آچاری با طول دسته ی 2 فوت استفاده کنید ، نیاز به 100 پوند فورس نیرو برای تولید 200 پوند ـ فوت گشتاور یا ( تورک ) دارید .
یک موتور خودرو نیروی تورک تولید می کند و از آن برای چرخاندن میل لنگ استفاده می کند . این تورک ( گشتاور ) هم دقیقاً از همان راه تولید می شود . نیرو در یک فاصله اعمال می شود . اجازه دهید باز هم دقیق تر نگاه کنیم . احتراق سوخت در سیلندر ، فشاری بر پیستون وارد می کند . این فشار ، نیروی بر پیستون وارد می کند که آن را به پایین هل می دهد .
این نیرو از پیستون به دسته ی پیستون ( شاطون ) و از شاطون به میل لنگ منتقل می شود .
اگر احتمالاً تا کنون پیش آمده باشد که خواسته باشید ، پیچ محکم چرخ خودروی خود را شل کنید ، می دانید بهترین جا برای آچار ، قرار دادن آن به صورت افقی است . سپس باید در انتهای دسته ی آچار بایستید و به آن نیرو اعمال کنید و این یعنی به آن گشتاور ( تورک ) وارد کنید . با این کار و ایستادن در انتهای آچار ، شما دارید تمام وزن بدن خود را به عنوان نیرو بر انتهای آچار در فاصله ای به طول دسته آچار وارد می کنید . اگر شما دسته آچار را دقیقاً رو به بالا و در راستای عمودی قرار می دادید و سپس در انتهای دسته می ایستادید ، ( فرض کنید بتوانید تعادل خود را حفظ کنید ) ، هیچ شانسی برای شل کردن آن مهره ندارید . این کار به این معنی است که شما دقیقاً روی پیچ بایستید .

واحدهای رایج برای تورک ( گشتاور یا Torque)

Newton meter (Nm) : سیستم SI
1Nms 0.737 1b-ft
pound-inch (1b-in) : سیستم انگلیسی
1 1b-in =0.113 Nm
pound-foot(1b-ft)
1lb-fts=1.336Nm

کار چیست ؟

کاری که ما این جا از آن صحبت می کنیم ، کار از منظر فیزیک است . منظورمان کارهای خانه ، کارهای روزانه ، شغل شما یا هر نوع دیگری از کار نیست .
کار به طور ساده ، کاربرد نیرو در یک فاصله است . فاصله فقط وقتی به حساب می آید که در راستای نیرویی که شما اعمال کرده باشید ، قرار داشته باشد . برداشتن یک وزنه از زمین و قرار دادن آن در یک طاقچه مثال خوبی از کار است . نیرو برابر وزن جسم است و فاصله ی مذ کور ، برابر ارتفاع طاقچه است . اگر وزنه در اتاق دیگری بود و شما باید آن را بر می داشتید و از این اتاق به اتاق دیگر می رفتید تا آن را داخل طاقچه بگذارید ، کار انجام شده برابر با زمانی بود که شما وزنه را از پایین طاقچه بلند می کردید و در طاقچه می گذاشتید . ممکن است احساس کنید که شما کار بیشتری انجام داده اید ، اما چون وقتی که حرکت می کرده اید و وزنه را در دست داشتید ، نیروی وزن وزنه رو به پایین بوده است و در راستای حرکت شما نبوده است ، شما کار بیشتری انجام نداده اید .
اتومبیل شما هم کار انجام می دهد . وقتی که حرکت می کند باید نیرویی وارد کنند تا نیروی اصطکاک و آئرودینامیکی را خنثی کند . وقتی که خودروی شما از تپه ای بالا می رود ، همان نوع کاری را انجام می دهد که وقتی شما وزنه را بلند می کردید ، انجام می دادید . اما وقتی که از تپه پایین می آید ، کاری را که انجام داده است ، دریافت می کند . تپه به خودرو کمک می کند که به پایین برگردد .
کار انرژی است که استفاده شده است . وقتی کار انجام می دهید ، انرژی مصرف می کنید . اما بعضی مواقع ، انرژی ای که شما استفاده می کنید ، قابل بازیابی است . وقتی اتومبیل به بالای تپه می رود ، کاری که برای بالا رفتن از تپه انجام می دهد ، به آن کمک می کند که به پایین برگردد . انرژی و کار رابطه ی نزدیکی با هم دارند .
واحدهای کار همان واحدهای انرژی هستند ، که بعداً در مورد آنها بحث خواهیم کرد .
توان ( Power) چیست ؟
توان مقیاسی است برای اندازه گیری سرعت انجام کار . با استفاده از یک دسته شما می توانید ، 200 پوند ـ فوت تورک ( گشتاور ) تولید کنید . اما آیا شما می توانید آن دسته را 3000 بار در دقیقه بچرخانید ؟ این دقیقاً همان چیزی است که موتور خودروی شما انجام می دهد .
واحد SI برای توان ، وات ( watt) با علامت اختصاری w است . یک وات به واحدهایی که قبلاً از آنها صحبت کرده ایم ، قابل تجزیه است . یک وات برابر 1 نیوتون متر بر ثانیه 1Nm/s است . شما می توانید میزان تورک ( گشتاور ) را در سرعت دوران ضرب کنید تا توان را بر حسب وات به دست آورید . یک راه دیگر که به بررسی توان بپردازیم این است که آن را به عنوان واحدی از سرعت که با واحدی از نیرو ترکیب شده است ، تلقی کنیم . اگر در حال هل دادن جسمی با نیروی 1 نیوتون هستید و آن جسم با سرعت 1 متر بر ثانیه حرکت کند ، توان خروجی شما 1 وات است .
یک راه جالب برای اینکه بفهمید چقدر توان خروجی دارید ، این است که ببینید چقدر سریع از پلکان بالا می روید .
1 ـ ارتفاع پله هایی که شما را 3 طبقه بالاتر می برند ، اندازه بگیرید .
2 ـ وقتی که با تمام سرعت ممکن خود از پله ها بالا می روید ، زمان را ثبت کنید .
3 ـ ارتفاعی که طی کرده اید را بر زمان ریدن به طبقه ی سوم تقسیم کنید . که سرعت شما به دست می آید .
به طور مثال اگر 15 ثانیه طول کشیده که از ارتفاع 10 متری بالا روید ، سرعت شما 66 /0 متر بر ثانیه بوده است ( فقط سرعت شما در راستای افقی مهم است ) . حالا نیاز دارید که بدانید چقدر نیرو برای آن 10 متر اعمال کرده اید و از آنجا که تنها چیزی که با خود از پله ها بالا کشیده اید ، خودتان هستید ، این نیرو برابر وزن شماست . برای فهمیدن میزان توان خروجی تان ، وزن تان را در سرعت تان ضرب کنید . ( حروف داخل پرانتز ، واحدها هستند ) .
( N) وزن X ( (S) زمان / ( m) ارتفاع پله ها ) = ( w) توان
550 / وزن (ib) ضرب در ( ( s) زمان / ( m) ارتفاع پله ها ) = توان ( hp یا اسب بخار )

واحدهای رایج توان :

watts(w) : سیستم SI
1000WS 1KW
Kilowatt(kw(
( اسب بخار ) 1kw=1.341hp
: سیستم انگلیسی
( اسب بخار یا hp) Horse power
1hp=0.749kw

انرژی چیست ؟

انرژی آخرین قسمت از حماسه ی معرفی اصطلاحات علمی ما در این مقاله است . ما همه ی چیزهایی که در بالا بیان کردیم ، در این نقطه نیاز داریم تا انرژی را توضیح دهیم .
اگر توان شبیه قدرت یک وزنه بردار است ، انرژی مثل پایداری اوست . انرژی مقیاسی برای این است که چقدر می توانیم قدرت خروجی داشته باشیم یا چقدر کار می توانیم انجام دهیم . توان نرخی است که در آن کار را انجام می دهیم . یکی از واحدهای رایج برای انرژی کیلووات ساعت kilo watt -hour)(kwh) است . در قسمت آخری ، یاد گرفتید که کیلووات ( kw ) واحد توان است . اگر ما در حال استفاده از توان 1 کیلووات ( kw) هستیم ، یک کیلو وات ساعت ( kwh) ، یک ساعت طول می کشد . اگر ما 10 کیلو وات ( kw ) توان به کار بریم ، ما آن کیلووات ساعت ( kwh) یا انرژی را فقط در 6 دقیقه تمام خواهیم کرد .
دو نوع انرژی وجود دارد : پتانسیل ( potential) و جنبشی ( kinetic)

انرژی پتانسیل :

انرژی پتانسیل انتظار برای تبدیل به توان است . بنزین داخل یک مخزن سوخت ، غذای داخل معده ی شما ، یک فنر فشرده شده و یک وزنه ی آویخته شده از درخت ، همگی مثال هایی از انرژی پتانسیل هستند .
بدن انسان یک نمونه از دستگاه تبدیل انرژی است . بدن غذا را به توان تبدیل می کند ، که می تواند برای انجام کار استفاده شود . موتور یک خودرو بنزین را به توان تبدیل می کند که آن هم برای انجام کار می تواند مورد استفاده قرار گیرد . یک ساعت پاندولی ، دستگاهی است که انرژی ذخیره شده در وزنه ی آویزان را برای انجام کار به کار می گیرد .
وقتی که یک جسم را بالاتر می برید ، آن جسم انرژی پتانسیل بیشتری در خود ذخیره می کند . هر چه قدر آن را بالاتر می برید ، و هر چه قدر که سنگین تر باشد ، انرژی بیشتری ذخیره می کند . برای مثال اگر یک توپ بولینگ را 1 اینچ بالا بردید و آن را روی سقف خودروی خود رها کردید ، چندان آسیبی وارد نمی کند ( هرگز چنین آزمایشی را انجام ندهید ، اما اگر توپ را 100 فوت بالا بردید و آن را روی سقف خودرو انداختید ، یک تورفتگی بزرگ در سقف خودرو ایجاد می شود . توپی که از ارتفاع بیشتری رها شده است ، انرژی بیشتری دارد . بنابراین با افزایش ارتفاع یک جسم ، انرژی پتانسیل آن را افزایش می دهید .
اجازه دهید به همان آزمایش بالا رفتن از پله ها و توانی که استفاده کرده بودیم ، برگردیم . راه دیگری برای اینکه ببینیم چگونه توان مان را محاسبه کردیم وجود دارد : ما محاسبه خواهیم کرد ، وقتی که بدن خود را به ارتفاع مشخصی بالا بردیم ، چقدر انرژی پتانسیل در آن ذخیره شده است . این میزان انرژی همان کاری است که با بالا رفتن از پله ها انجام داده ایم . ( نیرو X فاصله یا وزن ما X ارتفاع پله ها ) . پس از آن ما محاسبه کردیم که چقدر طول کشید تا این کار را انجام دهیم ، و این راهی بود که توان را به دست آوردیم . به خاطر داشته باشید که توان نرخی است که در آن کار را انجام می دهیم .
فرمول محاسبه ی انرژی پتانسیل ( PE ) در زمانی که ارتفاع شما افزایش می یابد ، می شود : ارتفاع X نیرو = PE . در این آزمایش ، نیرو با وزن شما برابر است که آن هم برابر جرم شما ( m) ضرب در شتاب جاذبه است (g) است و فاصله هم برابر تغییر ارتفاع ( h) است .
بنابراین فرمول می تواند به این صورت نوشته شود :
PE=mgh

انرژی جنبشی :

انرژی جنبشی ، انرژی حرکت است . اجسام در حال حرکت ، مثل یک قطار ، دارای انرژی جنبشی ( KE) هستند . اگر اتومبیلی با سرعت 5 مایل بر ساعت به دیواری بخورد ، نباید آسیب زیادی به آن وارد شود . اما اگر با رسعت 40 مایل بر ساعت به دیوار بخورد ، تقریباً جلوی آن جمع می شود .
انرژی جنبشی ، شبیه انرژی پتانسیل است . وزن بیشتر جسم و حرکت سریعتر آن ، انرژی جنبشی بیشتری به دنبال خواهد داشت . فرمول انرژی جنبشی ( KE ) به این صورت است . KE=1/2xmv که در آن m جرم جسم و v سرعت جسم است . نکته ی جالب اینجاست که انرژی جنبشی با مجذور ( توان دوم ) سرعت ، متناسب است . این بدان معناست که اگر یک اتومبیل 2 برابر سریع تر برود ف انرژی جنبشی آن 4 برابر می شود . احتمالاً تاکنون متوجه شده اید که خودروی شما برای رشیدن از سرعت صفر به 20 مایل در ساعت نسبت به وقتی که می خواهد از 40 مایل به 60 مایل برسد ، بهتر شتاب گیری می کند . اجازه بدهید که مقایسه کنیم چه مقدار انرژی جنبشی در هر یک از این سرعت ها مورد نیاز است . در نگاه اول ممکن است بگوئید در هر دو حالت خودرو در حال افزایش سرعت خود به میزان 20 مایل بر ساعت است .
بنابراین انرژی مورد نیاز برای هر دو حالت افزایش یکسان است . اما به واقع اینگونه نیست .
برای اینکه انرژی جنبشی مورد نیاز برای افزایش سرعت از صفر به 20 مایل بر ساعت را به دست آوریم ، انرژی جنبشی در هر دو سرعت را محاسبه می کنیم و از هم کم می کنیم ، در مورد اول داریم :
در مورد دوم داریم :
با مقایسه ی اختلاف ها متوجه می شویم که برای حالت دوم به 5 برابر انرژی حالت اول نیاز داریم .
عوامل بسیار دیگری برای تعیین شتاب یک جسم موثر هستند ، مثل مقاومت هوا ، که البته آن هم با افزایش سرعت ، افزایش می یابد . ضریب دنده مشخص می کند که در یک سرعت معین چه مقدار از قدرت موتور در اختیار باشد ، و قدرت یدک کشی گاهی محدود کننده تر است . بنابراین مسئله ی خیلی پیچیده تر از انجام یک محاسبه ی انرژی جنبشی ساده است .
اما محاسبه ی انرژی جنبشی ، تفاوت در زمان شتاب گیری را توضیح می دهد .
در مورد انرژی ، گشتاور و ... مسائل و نکات جالب تر و سرگرم کننده تری در کتاب های فیزیک و مکانیک یافت می شود . در پایان نگاهی به واحدهای انرژی می اندازیم .

واحدهای رایج انرژی :

Newton meter (NM) 1NM=1g : سیستم SI
Joule(J) 1 j=0.239 cal
calorie (cal) 1cal =4.184J
( وات ساعت wh) watt hours
1wh=3600J
1kwh=3412BTV
foot-pound(ft1b): سیستم انگلیسی
1ft1b=1.356Nm
( واحد گرما در سیستم انگلیسی BTV) British Thermal whit
1BTV=1055J
1BTV=0.0002931 kwh
منبع : How stuff works.com
موافقین ۰ مخالفین ۰ ۸۹/۰۵/۲۷
modi javan

نظرات  (۰)

هیچ نظری هنوز ثبت نشده است

ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">
تجدید کد امنیتی