Поняття м; каніка
Жодне тіло не може само по собі змінити стан спокою чи стан руху.
Силою ми називаємо будь-яку причину, здатну привести тіло в рух у спокої, або, якщо тіло рухається, будь-яку причину, здатну зробити цей рух повільнішим або швидшим.
Тому ми можемо уявити, що сили можуть бути рушійними чи стійкими. Наприклад: м’язова сила та сила розширення газу - це сили, які часом рушійні, іноді стійкі; тертя, що заважає ковзанню одного тіла на іншому, опір повітря просуванню автомобіля є стійкими силами.
Щоб виміряти сили, ми порівнюємо їх з одним із них, гравітацією. Вага тіла, яке, по суті, являє собою вплив, який на нього чинить земля, - це сила, яка нам найбільш відома. Особливо легко перевірити рівність або різницю двох ваг.
Одиницею сили є кілограм (кг.). Скажуть, наприклад, що для руху автомобіля вагою 1000 кілограмів необхідно здійснити поштовх близько шістнадцяти кілограмів. Ці зусилля служать для подолання опору ґрунту та тертя дерев у опорах.
Кажуть, що сила спрацьовує, коли вона подолала опір. Поняття праці тісно пов’язує ідеї сили та переміщення.
Наприклад, десятикілограмового поштовху на 1000-кілограмовій машині недостатньо для руху автомобіля: ця сила не дає жодної роботи.
Все ще існує робота, якщо дією сили була зміна швидкості або деформація тіла, на яке діє сила.
Одиницею роботи є кілограмметр (кгм), що представляє роботу сили, необхідної для підняття маси з одного кілограма на висоту одного метра.: 1 кгм = 1 кг х 1 м .
Отже, перемістивши машину на чотири метри, ми розробили роботу: 16 х 4 = 64 кгм .
Довіримо міцному чоловікові завдання підняти 500 кг цегли, наприклад, на висоту 4 м. При кожному підйомі він може легко перевезти 25 кг; молодий робітник не може без втоми переносити більше 5 кг за підйом. Коли обоє виконають свою місію, вони виконають одну і ту ж роботу: 500 кг х 4 м. = 2000 кгм, але чоловік виконував цю роботу в п’ять разів менше часу, ніж молодий робітник, який з кожним підйомом несе вантаж у п’ять разів менше. Кажуть, чоловік сильніший за молодий маневр. Так само з двох двигунів, що забезпечують однакову роботу, більш потужним є той, який виконує цю роботу за найменшу кількість часу: саме час визначає поняття потужності.
Потужність двигуна та непримусовість двигуна - це робота, яку цей двигун виконує за одну секунду; це оцінюється у коней: 1 кінь (1 резюме) відповідає роботі 75 кгм в секунду. (Ват часто використовується як енергоблок: 1 CV = 736 Вт).
Приклад: Ми змогли виміряти опір, який повітря протистоїть просуванню транспортних засобів: незначний, якщо автомобіль рухається повільно (наприклад, якщо його штовхають рукою), він дуже швидко збільшується зі швидкістю; таким чином, було виявлено, що цей опір збільшився в чотири рази, коли ми переходили зі швидкості на швидкість удвічі більшу.
Припустимо, що при швидкості 72 км/год цей опір становить 64 кг для вже розглянутого автомобіля 1000 кг.
Загальний опір, який потрібно подолати, включає:
16 кг для опору, проти якого котиться по землі.
64 кг для опору повітря, загальна: 80 кг (сила).
Оскільки пройдена за одну годину відстань становить 72 км або 72000 м, корисна робота, яку виконує двигун, відбувається за одну годину:
Сила х пройдена відстань = робота.
80 х 72 000 = 5 760 000 кгм .
За одну секунду виконана робота в 3600 разів менше (1 год = 60 хв х 60 = 3600 секунд) або 5760000/3600 = 1600 кгм на секунду (потужність).
Або 1.600/75 = 21 CV приблизно (потужність).
Ми щойно говорили про корисну роботу, виконану двигуном; полягає в тому, що насправді двигун повинен, крім опорів, яким протистоїть земля і повітря, ще подолати опори тертя, представлені елементами трансмісії: один називає органічну ефективність трансмісії, частку потужності двигуна, яка доступний для просування автомобіля; його можна оцінити приблизно в 80%, так що потужність двигуна, що розміщується на машині, повинна становити 21/0,80 = 26 к.с.
Нам доведеться говорити про ефективність у багатьох обставинах. Слід зазначити, що врожайність, якою б вона не була, завжди менше 1.
Розглянемо стиснуту повітряно-газову суміш у камері згоряння двигуна. При згорянні цієї суміші вивільняється певна кількість калорій, температура газу значно зростає, а також тиск і, поршень забивається в циліндр: розширювальна сила газу, таким чином, надходить від нагрівання і, коли він виробляє роботу, ми бачимо, що можемо перетворити тепло в роботу.
Фізики визнали, що: одна калорія може дати близько 425 кгм. Це число називається механічним еквівалентом калорій.
Кінна година (к.с./год.) - це робота, яку двигун потужністю 1 к.с. виробляє за 1 годину або 3600 секунд. Отже, 1 к.с./год становить 75 х 3600 = 270 000 кгм, що відповідає 270 000/425 = 635 калорій. (Є інші часто використовувані робочі одиниці, такі як кіловат-година (кВт-год). Легко перемикатися з одного на інший, оскільки 1 кВт-год становить 36,720 кгм).
Це число називається калорійністю, еквівалентною кінській годині.
Таким чином, двигун автомобіля, розглянутий вище, перетворився б на роботу за годину: 26 х 635 = 16510 калорій.
На жаль, двигун не може перетворити всі отримані калорії на корисну роботу: певна частина роботи, що забезпечується згорянням, використовується для роботи різних допоміжних органів (масляних і водяних насосів, динамо, генератора змінного струму). Або для подолання тертя; з іншого боку, вихлопні гази та охолоджуюча вода виводять тепло, яке не приносить жодної роботи. Тепловий коефіцієнт корисної дії двигуна або ефективний коефіцієнт корисної дії - це частка тепла, що міститься у паливі, що перетворюється на корисну роботу.
Середня ефективність хорошого бензинового двигуна оцінюється приблизно в 0,26, тобто 26 центів тепла, що виділяється в балонах. Тоді потрібно було б подати вже вивчений двигун: 16,510/0,26 = 63,733 калорій на годину. Оскільки бензин має середню теплотворну здатність 7600 кал/кг, погодинна витрата склала б 63,733/7600 = приблизно 8,4 літра. Оскільки машина проїжджає 72 км за одну годину, витрата на 100 км буде (8,4 х 100)/72 = 11,7 літра.