Come funziona la potenza

La Dodge Charger del 1974 che Richard Petty guidò al suo quinto e sesto campionato Grand National / Winston Cup Series nel 1974 e nel 1975 e fu utilizzata per la sua vittoria alla Daytona 500 del 1974. La Dodge Charger SRT 392 del 2018 eroga 485 cavalli e 475 libbre- piedi di coppia, dice la casa automobilistica. David J. Becker / Getty Images

È probabile che tu abbia sentito parlare di potenza. Quasi ogni annuncio di auto in TV lo menziona, le persone che parlano delle loro auto spargono la voce e persino la maggior parte dei tosaerba ha un grande adesivo su di loro per dirti la potenza nominale.

Ma cos'è la potenza e cosa significa la potenza nominale in termini di prestazioni? In questo articolo imparerai esattamente cos'è la potenza e come puoi applicarla alla tua vita quotidiana.

Il termine potenza è stato inventato dall'ingegnere James Watt. Watt visse dal 1736 al 1819 ed è famoso soprattutto per il suo lavoro sul miglioramento delle prestazioni dei motori a vapore. Ci viene in mente anche ogni giorno quando parliamo di lampadine da 60 watt.

La storia racconta che Watt stava lavorando con i pony che sollevavano carbone in una miniera di carbone, e voleva un modo per parlare del potere disponibile da uno di questi animali. Ha scoperto che, in media, un pony da miniera potrebbe fare 22.000 piedi per libbra di lavoro in un minuto. Ha quindi aumentato quel numero del 50 percento e ha fissato la misurazione della potenza a 33.000 piedi per libbra di lavoro in un minuto. È quell'unità di misura arbitraria che si è fatta strada nel corso dei secoli e ora appare sulla tua auto, sul tuo tosaerba, sulla tua motosega e in alcuni casi persino sul tuo aspirapolvere.

La potenza indica le prestazioni del motore delle auto e persino dei tosaerba. Scopri cosa significa potenza, come viene misurata e come funziona in auto ad alte prestazioni. © 2018

Ciò che significa potenza è questo: a giudizio di Watt, un cavallo può fare 33.000 piedi per libbra di lavoro ogni minuto. Quindi, immagina un cavallo che solleva carbone da una miniera di carbone come mostrato sopra. Un cavallo che esercita 1 cavallo può sollevare 330 libbre di carbone 100 piedi in un minuto, o 33 libbre di carbone 1000 piedi in un minuto o 1.000 libbre 33 piedi in un minuto. Puoi recuperare qualsiasi combinazione di piedi e libbre che preferisci. Finché il prodotto è di 33.000 piedi per libbra in un minuto, hai una potenza.

-Probabilmente puoi immaginare che non vorresti caricare 33.000 libbre di carbone nel secchio e chiedere al cavallo di spostarlo di 1 piede in un minuto perché il cavallo non poteva muovere un carico così grande. Probabilmente puoi anche immaginare che non vorresti mettere 1 libbra di carbone nel secchio e chiedere al cavallo di correre 33.000 piedi in un minuto, poiché ciò si traduce in 375 miglia all'ora ei cavalli non possono correre così velocemente. Tuttavia, se hai letto How a Block and Tackle Works, sai che con un block and tackle puoi facilmente scambiare il peso percepito con la distanza usando una disposizione di pulegge. Quindi potresti creare un sistema di blocco e attrezzatura che mette una comoda quantità di peso sul cavallo a una velocità confortevole, indipendentemente da quanto peso sia effettivamente nel secchio.

La potenza può essere convertita anche in altre unità. Per esempio:

• 1 cavallo è equivalente a 746 watt. Quindi, se prendi un cavallo da 1 cavallo e lo metti su un tapis roulant, potrebbe azionare un generatore che produce 746 watt continui.
• 1 cavallo vapore (nel corso di un'ora) è equivalente a 2.545 BTU (unità termiche britanniche). Se prendessi quei 746 watt e li facessi passare attraverso un riscaldatore elettrico per un'ora, produrrebbe 2.545 BTU (dove un BTU è la quantità di energia necessaria per aumentare la temperatura di 1 libbra di acqua di 1 grado F).
• Un BTU equivale a 1.055 joule, o 252 grammi-calorie o 0,252 calorie alimentari. Presumibilmente, un cavallo che produce 1 cavallo potrebbe bruciare 641 calorie in un'ora se fosse efficiente al 100%.

In questo articolo imparerai tutto sulla potenza e cosa significa in riferimento alle macchine.

Se vuoi conoscere la potenza di un motore, aggancia il motore a un dinamometro. Un dinamometro pone un carico sul motore e misura la quantità di potenza che il motore può produrre contro il carico.

Allo stesso modo, se si collega un albero a un motore, il motore può applicare la coppia all'albero. Un dinamometro misura questa coppia. È possibile convertire facilmente la coppia in potenza moltiplicando la coppia per rpm / 5.252.

Puoi avere un'idea di come funziona un dinamometro nel seguente modo: immagina di accendere il motore di un'auto, metterlo in folle e abbassarlo. Il motore funzionerebbe così velocemente da esplodere. Non va bene, quindi su un dinamometro si applica un carico al motore a pavimento e si misura il carico che il motore può sopportare a diversi regimi del motore. Potresti collegare un motore a un dinamometro, metterlo a terra e usare il dinamometro per applicare un carico sufficiente al motore per mantenerlo a, diciamo, 7.000 giri / min. Registri quanto carico può sopportare il motore. Quindi si applica un carico aggiuntivo per abbassare il regime del motore a 6.500 giri / min e registrare il carico lì. Quindi si applica un carico aggiuntivo per ridurlo a 6.000 giri / min e così via. Puoi fare la stessa cosa iniziando a 500 o 1.000 giri / min e salendo. Ciò che i dinamometri misurano effettivamente è la coppia (in libbra-piedi) e per convertire la coppia in potenza è sufficiente moltiplicare la coppia per giri / min / 5,252.

Rappresentazione grafica di potenza

Se si traccia la potenza rispetto ai valori di giri / min del motore, si ottiene un curva di potenza per il motore. Una tipica curva di potenza per un motore ad alte prestazioni potrebbe assomigliare a questa (questa sembra essere la curva per il motore da 300 cavalli nel biturbo Mitsubishi 3000):

La misurazione della potenza richiede un dinamometro per la lettura della potenza. Scopri come il grafico della potenza rispetto ai valori di rpm produce un grafico chiamato curva di potenza.

Ciò che un grafico come questo indica è che qualsiasi motore ha un file potenza massima -- un valore di giri al quale la potenza disponibile dal motore è al massimo. Un motore ha anche un coppia massima a uno specifico numero di giri. Vedrete spesso questo espresso in un opuscolo o una recensione in una rivista come "320 HP @ 6500 rpm, coppia di 290 lb-ft @ 5000 rpm" (le cifre per la Shelby Serie 1 del 1999). Quando le persone dicono che un motore ha "molta coppia ai bassi regimi", ciò che intendono è che la coppia massima si verifica a un valore di giri piuttosto basso, come 2.000 o 3.000 giri / min..

Un'altra cosa che puoi vedere dalla curva di potenza di un'auto è il punto in cui il motore ha la massima potenza. Quando stai cercando di accelerare rapidamente, vuoi provare a mantenere il motore vicino al suo punto di massima potenza in curva. Questo è il motivo per cui spesso scalate le marce per accelerare: scalando le marce aumentate il regime del motore, che in genere vi avvicina al punto di potenza massima sulla curva. Se vuoi "lanciare" la tua auto da un semaforo, in genere devi mandare su di giri il motore per portare il motore alla sua potenza massima e quindi rilasciare la frizione per scaricare la massima potenza sui pneumatici.

Una delle aree in cui si parla di più di potenza è quella delle auto ad alte prestazioni. Nella prossima sezione, parleremo della connessione lì.

momento torcente

Immagina di avere una grande chiave a bussola con un manico lungo 2 piedi e di applicare 50 libbre di forza a quel manico di 2 piedi. Quello che stai facendo è applicare una coppia, o forza di rotazione, di 100 libbre per piedi (50 libbre per una maniglia lunga 2 piedi) al bullone. È possibile ottenere la stessa coppia di 100 libbre-piedi applicando 1 libbra di forza all'estremità di una maniglia di 100 piedi o 100 libbre di forza a una maniglia di 1 piede.

Un'auto è considerata "ad alte prestazioni" se ha molta potenza rispetto al peso dell'auto. Questo ha senso: più peso hai, più potenza ci vuole per accelerarlo. Per una data quantità di potenza si desidera ridurre al minimo il peso in modo da massimizzare l'accelerazione.

La tabella seguente mostra la potenza e il peso di diverse auto ad alte prestazioni (e un'auto a basse prestazioni per il confronto). Nel grafico puoi vedere la potenza massima, il peso dell'auto, il rapporto potenza / peso (potenza divisa per il peso), il numero di secondi che l'auto impiega per accelerare da zero a 60 mph e il prezzo.

© 2018

Puoi vedere una correlazione molto definita tra il rapporto potenza / peso e il tempo da 0 a 60: nella maggior parte dei casi, un rapporto più alto indica un'auto più veloce. È interessante notare che c'è meno correlazione tra velocità e prezzo. Il Viper in realtà sembra un valore piuttosto buono su questo particolare tavolo!

Se vuoi un'auto veloce, vuoi un buon rapporto peso / potenza. Vuoi molta potenza e un peso minimo. Quindi il primo punto da cui iniziare è pulire il bagagliaio.

Per ulteriori informazioni sulla potenza e sugli argomenti correlati, consultare i collegamenti che seguono.

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Altri ottimi link

• Off-Road.com: coppia e potenza
• RevSearch: collegamenti alle informazioni sul dinamometro del motore
• Erbman's Engine Emporium - articolo che descrive i fattori che influenzano le prestazioni del motore
• Scienza dei motori