Jako, że na forum regularnie pojawiają się dyskusje nt. moc vs moment, postanowiłem przekazać kilka podstawowych informacji z dziedziny fizyki, ponieważ moc i moment są ze sobą bardzo silnie powiązane.
Osoby, które zajmują się fizyką na poważnie na codzień przepraszam za użycie fizyki na dość niskim poziomie, ale robię to dla przekazania wiadomości w możliwie przystępny sposób i przejrzysty przy użyciu tekstu, a nie kartki papieru.
Do rzeczy.
Otóż moc oznacza zdolność do wykonania pracy w jednostce czasu. 136KM oznacza 100kW, czyli silnik w ciągu sekundy wykonuje pracę 100kJ.
Moment obrotowy natomiast oznacza siłę z którą silnik obraca wał. Moment w połączeniu z obrotami pozwala wyliczyć moc. Np. Moment 200Nm przy 2400 RPM.
200Nm oznacza, że jeżeli wał silnika podłączylibyśmy do koła o promieniu metra, to siła na obwodzie wynosiłaby 200N. Koło natomiast obracałoby się 2400/60=40 razy na sekundę. Droga przebyta zatem wynosiłaby 40*1*2*pi=251,2m Natomiast siła razy droga, to moc, 200N*251,2m=50240J, czyli 50,24kJ. Praca ta została wykonana w ciągu sekundy, więc moc wynosi 50,24kW=68,3KM. Oczywiście moc przy 2400RPM.
Generalnie moc, moment i obroty są ze sobą ściśle związane, co oznacza, że posiadając dwa spośród tych trzech parametrów możemy zawsze wyliczyć trzeci.
Co więcej mając charakterystykę silnika, czyli po fizycznemu wykres mocy i momentu w funkcji obrotów, a po motoryzacyjnemu wykres z hamowni, możemy zaobserwować kilka ciekawych faktów.
Obierając dowolny punkt na wykresie mocy, jeżeli poprowadzimy do niego linię z początku układu współrzędnych (0,0), to moment obrotowy jest proporcjonalny do kąta zawartego między osią obrotów, a poprowadzoną linią. Maksymany moment uzyskujemy, kiedy silnik oddaje najwięcej mocy z obrotu.
Teraz kilka pytań i odpowiedzi na nie, które doprowadzą do kilku w mojej opinii ciekawych wniosków.
Co nas natomiast interesuje najbardziej w kwestii osiągów samochodu?
Przyspieszenie oraz prędkość maksymalna.
Dlaczego samochód przyspiesza w takim, a nie innym tempie?
Silnik wykonuje pracę (oddaje moc w czasie), która jest wykorzystywana na pokonywanie oporów jazdy (powietrza, toczenia, przeniesienia napędu itd.), a cała reszta jest zamieniana na energię kinetyczną auta (m*V*V/2). Jeżeli auto ważące 1500kg przyspiesza do 100km/h (około 28m/s) w ciągu 8s, to znaczy że w tym czasie uzyskuje energię kinetyczną 588kJ, czyli na każdą sekundę przybywa średnio 73,5kJ, czyli 100KM. Potrzebne jest sporo więcej mocy, ponieważ potrzeba jeszcze pokonywać wspomniane wcześniej opory.
Z czego wynika prędkość maksymalna auta?
Prędkość maksymalna, to taka przy której moc silnika zrówna się z oporami. Wówczas 0KM idzie na przyspieszenie i auto zaczyna się poruszać ze stałą prędkością. Mowa oczywiście o jeździe przy jednostajnym wietrze i po płaskiej drodze. Jeżeli wiatr zmienia prędkośc (kierunek), to zmienia zarazem wartość oporów. Natomiast droga z górki (pod górkę) powoduje zwiększanie lub zmniejszanie energii potencjalnej auta, a co za tym idzie może znacznie wpłynąć na prędkość z którą porusza się auto.
Dlaczego więc podaje się moment obrotowy, nie wystarczyłaby sama moc, skoro parametry auta zależą od mocy silnika? Wystarczyłaby w zupełności, ale wykres mocy, a nie sama moc maksymalna. Moment obrotowy pozwala zorientować się w jaki sposób narasta wartość mocy. Silniki Diesla mają większy moment obrotowy z dwóch powodów, otóż osiągają niższe obroty maksymalne, więc przy tej samej mocy maksymalnej siłą rzeczy muszą mieć wyższy moment. Dodatkowo w samej ich naturze leży bardziej płaski przebieg momentu, czyli jednoczeście bardziej jednolity przyrost mocy.
Tak naprawdę za przyspieszenie odpowiada praca wykonywana w górnym zakresie obrotów (w przypadku benzyny niskoobrotowej 4,5-6kRPM), czyli obrotach które są wykorzystywane przy maksymalnym przyspieszaniu. Nie moc maksymalna, tylko pole pod wykresem mocy od wartości do której opada obrotomierz po zmianie biegu, do wartości przy której zmieniamy bieg. Należałoby wykonać wykres mocy w funkcji czasu podczas przyspieszania i wówczas możnaby zacząć liczyć pracę wykonaną przez silnik.
Pole pod wykresem to nic innego, jak całka oznaczona.
Pora na nieco praktyki. Posłużę się się może wykresem Dzo-Dza, jest to swieża sprawa na forum i wykres mamy bardzo dobrej jakości.
http://img682.imageshack.us/img682/4338/dzodzo2.jpg
Potwierdzę, że moje obliczenia dotyczące związku mocy, momentu i obrotów są prawidłowe. Przy 3000RPM moc wynosi prawie 180KM, powiedzmy 178. Daje to 131kW. W ciągu sekundy mamy 50 obrotów (3000/60). Wracamy do koła o średnicy 1m. Jego obwód wynosi około 6,28m, więc droga w ciągu sekundy to 314m. 131000/314=417,2 Nm. Jeżeli ktoś dalej nie dowierza, to może przeprowadzić podobne obliczenia dla dowolnego punktu na dowolnym wykresie z hamowni, bez znaczenia, czy dla silnika Diesla, czy też benzynowego.
Silniki elektryczne, które nas zaczynają atakować charakteryzują się pewną cechą, która nigdy nie wystąpi przy silnikach spalania wewnętrznego. Otóż posiadają one idealnie płaski przebieg momentu obrotowego, ponieważ wynika to wprost z ich zasady działania. Idealnie płaski moment przebiegu oznacza przebieg mocy w postaci y=ax, czyli linia prosta mająca swój początek w punkcie (0,0). Jeżeli takie silniki zdominują rynek motoryzacyjny, to przestanie mieć sens podawanie mocy i momentu, wystarczy jedna z tych wartości.
Chętnie odpowiem na każde pytanie pojawiające się w temacie i mam nadzieję, że informacje, które przekazałem pozwolą wyjaśnić w końcu wątpliwości i setki opinii pojawiające się w tej kwestii.
