Snaga i moment

17. prosinca 2012.
Škola - Snaga i moment
autor: AUTONET.HR 

O konjima, njihovoj snazi te nekakvom okretnom momentu

Nakon što smo u prošlom poglavlju Škole razriješili što se i kojim redosljedom događa unutar motora, vrijeme je da se pozabavimo i rezultatima tih zbivanja. Stoga smo proučili nekoliko udžbenika, kako bismo vas oslobodili mučnog listanja ove "simpatične" literature
Prepisano od tko zna kuda: Konj (Equus caballus) je veliki četveronožni sisavac, pripadnik roda Equus. Konji su odavno bili jedna od najvažnijih domaćih životinja koja se uzgaja u vrlo velikom broju raznih pasmina, a živi širom svijeta...

Rani hidraulički dinamometar (R. Kennedy)Rani hidraulički dinamometar (R. Kennedy)
Kako bi na neki način opisali napor koji su konji od davnina ulagali radeći ne baš ugodne poslove, znanstvenici su svojedobno pokušali opisati rad (što ga je konj izvršio), vrijeme (koje je konj proveo radeći) te međuodnose ovih dvaju vrijednosti. I, gle čuda, rezultat napornog razmišljanja najblistavijih umova bila je magična vrijednost, njezino veličanstvo: Konjska snaga (KS).

Prema toj priči postavljena je definicija, koje se danas držimo, a koja govori kako je jedna KS = 75 kg x m / s. Prebacimo li to sada u, normalnom čovjeku, razumljiviji riječnik dobit ćemo da je prosječni konj* (snažan 1 KS) u stanju predmet težak 75 kg podići za 60 m vukući ga 1 minutu. No, u novije su se vrijeme znanstveni umovi sjetili kako bi bilo dobro pustiti konje na miru te su nam naredili da snagu naših limenih ljubimaca opisujemo nekakvim Metričkim sustavom, odn. kilovatima (kW). Da budemo stručniji i precizniji, napomenimo kako je riječ o međunarodno prihvaćenom SI sustavu.

Problem i ne bi bio tako strašan da omjer KS i kW ne daje neke prilično teško pamtljive brojke, a koje govore kako je 1 KS = 0,73549875 kW (1 KS = 735 W) odn. 1 kW = 1,359621617 KS. Super, ha? Tek da vam olakšamo život, recimo kako se u tehničkim podacima uobičajeno koristi omjer od 1,36. Dakle, npr. snagu nekog motora pišemo kao 25 kW (34 KS) ili 115 kW (156 KS). Ovdje je potrebno reći i kako se u većini slučajeva dobivene vrijednosti zaokružuju uzimajući u obzir dvije decimale.

Napomene radi, recimo i to da električna konjska snaga iznosi točno 746 W, odn. 0,746 kW. To znači da električni motor snage od 60 kW razvija (zaokruženo) 80 KS. Dakle, 1 kW = 1,340482574 (električnih) KS. U praksi, ovu vrijednost zaokružujemo na 1,34, no često snagu električnih motora preračunavamo u KS jednako kao i snagu motora s unutarnjim izgaranjem, dakle kW radi jednostavnosti množimo s faktorom 1,36.

Okretni moment: 120 N x 0,2 m = 24 NmOkretni moment: 120 N x 0,2 m = 24 Nm
Sve ovo ne bi bilo tako teško zapamtiti da se, opet oni isti umovi nisu dosjetili kako da nam još više zakompliciraju život. Naime, sjetili su se da rad svojih motora s unutarnjim izgaranjem nećemo moći do kraja shvatiti ne ubacimo li još jednu fizikalnu vrijednost - Moment sile. Od milja znan i samo kao "moment" (ili "okretni moment" u automobilskoj literaturi), ovaj je pojam u stvari nešto što je jednako umnošku sile i udaljenosti mjesta na kojem djeluje ta sila od osi rotacije. Bljak!

Grozno. No o čemu se radi? Zamislite ključ za skidanje vijaka na kotačima. Što dulju polugu imate to će vam posao odvijanja biti lakši jer ćete istu silu primjenjivati na većoj udaljenosti od osi rotacije (vijka). Ova se udaljenost zove Krak sile, a ono što pri odvijanju primjenjujete na nesretnom vijku zove se Moment (jedinica: Nm iliti Newton-metar).

Dijagram rada 4-cilindričnog diesel motora: najveća snaga 70 KS pri 3500 o/min; najveći okretni moment 175 Nm pri 1750 o/minDijagram rada 4-cilindričnog diesel motora: najveća snaga 70 KS pri 3500 o/min; najveći okretni moment 175 Nm pri 1750 o/min
Kako bi smo mogli pomiješati sve do sada izrečeno potrebno je spomenuti još jedan detalj, a to je broj okretaja motora. Sjetite se prethodnog poglavlja Škole kako bismo se mogli poslužiti primjerom 4- taktnog motora. Očito je (iz ilustracija) da za obavljanje tih taktova mora doći do pomicanja dijelova motora. Pravocrtno gibanje klipa tako se pretvara u kružno gibanje koljenastog vratila (radilice), koje se okrene 2 puta za svaka 4 takta. Dakako, što je veći broj okretaja motora, jasno je, veća je i količina potrošenog goriva, a time je i proizvedeno više energije. Pojednostavnjeno, više okretaja daje nam više snage u jednakom vremenu.

I napokon, sad po prvi puta dobivamo priliku da povežemo snagu i moment, što će učiniti magična formula: KS = Nm x O / 7023, gdje je O broj okretaja motora izražen u 1/min (u praksi, govorimo "okretaja u minuti"). Dakako, nećemo sada ulaziti u to odakle nam ovaj izračun jer će vam vrlo brzo pozliti... Jednako tako, možemo postaviti formulu i za kilovate: kW = Nm x O / 9551. Jasno je da kada 9551 podijelimo sa 7023 dobijemo (zaokruženo) 1,36, odn. omjer 1 KS i 1 kW.

Koristeći prethodno napisanu formulu, iz našeg dijagrama rada 4-cilindričnog diesel motora lako možemo izračunati da npr. okretni moment pri 3500 o/min i snazi od 70 KS iznosi 140 Nm (točnije: 140,46 Nm). Uz malo preračunavanja, možemo računicu okrenuti i naopako te reći da je Nm = KS x 7023 / O i tome slično, za brojeve okretaja, kilovate...

Zbog čega nam je sve to uopće bitno?

Snaga motora, dakako, bitna je kako bismo znali hoće li neki automobil ići brzo. No, moment nam je potrebno poznavati kako bismo otkrili kada će, odnosno pri kojoj brzini rada motora (broju okretaja u minuti) taj automobil ići brzo. Primijenjeno u praksi, možemo reći da što je viši najveći moment koji neki motor razvija to će automobil bolje "vući" pri nižem broju okretaja jer će ujedno njegov motor moći ostvariti veću snagu pri nižim okretajima. Krivulja okretnog momenta i snage s obzirom na broj okretaja motora slikovito opisuje međuovisnost ova tri elementa.

I na kraju...

902S obzirom da stalno spominjemo nekakve konjske snage, red je reći kako se ovdje radi o metričkoj jedinici snage definiranoj prema standardu DIN (Deutsches Institut für Normung) 66036. Ova je jedinica napuštena 1972. od kada se koristi jedinica kW (odn. osnovna jedinica W) prema međunarodnom sustavu jedinica poznatom i kao SI sustav (skraćeno od fr. Le Système international d'unités)

902Dakako, u literaturi (ali i u promotivne, tj. marketinške svrhe) pojam konjske snage se i dalje često koristi, uključujući tu i nekoliko izvedenica. Naime, iako bi bilo najjednostavnije da svi na svijetu govorimo (i pišemo) u kilovatima, to dakako, nije slučaj.

902Tako se u Europi u pravilu radi o DIN konjskim snagama (njem: PS - Pferdestärke), no Britanci i Amerikanci koriste "svoje" konjske snage koje nazivaju Horsepower (HP) ili Brake Horsepower (BHP). U potonjem slučaju, riječ je o izrazu nastalom temeljem metode mjerenja snage motora pomoću De Prony-jeve kočnice, preteče današnjeg dinamometra. Horsepower, ili HP je jedinica koja pripada standardu SAE (Society of Automotive Engineers, sada SAE International) i u vate se preračunava s faktorom 746. Dakle, 1 HP = 0,746 kW, odn. 746 W. Japanci će se, pak, pozvati na standard JIS (Japanese Industrial Standard) D 1001.

A, kada smo već sve navedeno tako lijepo zaključili, red je da vam za kraj današnje priče ponudimo još par formula:

1 KS (DIN) = 0,98632 HP ili BHP (SAE) => 1 HP ili BHP = 1,01387 KS

1 Nm (DIN) = 0,737562 lb-ft (funta x stopa, SAE) = > 1 lb-ft = 1,355818 Nm

Susretne li se s okretnim momentom izraženim u kilogram-metrima (kgm), ne očajavajte jer 1 Nm = 0,101972 kgm. Dakako, stvar postaje jasnijom pogledamo li poznatu brojku: 9,81. Dakako, radi se o odnosu težine (N) i mase (kg) pa ostatak rečenice zaključite sami...

* Stvarna snaga prosječnog konja, prema članku koji su objavili R. D. Stevenson i R. J. Wassersug u časopisu Nature, 15. srpnja 1993, dostiže 15,11 KS u kratkim trenucima (nekoliko sekundi). Na dulje vremensko razdoblje snaga prosječnog konja manja je od jedne KS.

Ne zaboravimo...


902James Watt (19. siječanj 1736. Greenock - 25. kolovoz 1819. Heathfield) bio je škotski izumitelj i inženjer čija su unaprjeđenja parnog stroja omogućila Industrijsku revoluciju. Temeljnim djelom Wattovog rada smatra se izum izdvojenog kondenzatora pare kojim je unaprijedio Newcomenov parni stroj, prvu praktičnu napravu takve vrste.

Izumitelj Watt postao je industrijalac kada je s Matthewom Boultonom 1774. (ili 1775?) pokrenuo tvornicu Boulton & Watt koja se bavila izradom parnih strojeva. Prva komercijalna narudžba pristigla je 1776. i u sljedećim su godinama Wattovi parni strojevi postali nezamjenjivima u rudnicima gdje su služili za izvlačenje vode.

Od ostalih značajnijih izuma Jamesa Watta svakako treba spomenuti stroj za kopiranje nacrta, na kojem je rad započet 1779. te metodu izbjeljivanja tkanine klorom usavršenu 1788.

Parni strojevi, osim u eksperimentalne svrhe poput 5-cilindričnog motora švedske tvrtke Energiprojekt AB koji ima iskoristivost između 27 i 30%, danas se u pravilu ne koriste. No, ostavština Jamesa Watta (ali i Thomasa Newcomena) itekako je živa. Posebno je to prisutno u nuklearnim elektranama (i vozilima na nuklearni pogon) gdje jedan od temeljnih dijelova pogonskih sustava predstavljaju parne turbine.



P.S. Ako doma kojim slučajem imate legendarnu "Žutu zbirku" zadataka iz fizike, postupite na sljedeći način: postavite "Žutu zbirku" na stol, zatvorenu. Stavite cijeli, oprani limun na zbirku. Uzmite čisti nož i njime nasijecite limun. Potom, kriške limuna ubacite u gin-tonic. Zbirku bacite u smeće.

Komentari

Napiši komentar

Prijavite se



Prijava preko facebooka

Pogledaj sve komentare

Powered by AdminMax v6 © 2005-2018 by Internet Softver Design by WEB Marketing