Какое расстояние пройдет мотороллер, если его двигатель достигает мощности 3,5 кВт при скорости 60 км/ч и расходует 3,6 Л бензина? Учитывайте коэффициент полезного действия двигателя, который составляет 25%, а также удельную теплоту сгорания бензина, равную 46 мегаджоули/килограмм, и плотность бензина, равную 0,7 г/см³.
Рыжик
Чтобы решить эту задачу, нам понадобится использовать несколько формул и сделать несколько промежуточных вычислений.
1. Сначала определим мощность двигателя в ваттах, так как в задаче дана мощность в кВт. Для этого умножим значение мощности на 1000:
2. Затем найдем силу, с которой двигатель проталкивает мотороллер вперед. Для этого воспользуемся формулой:
где - мощность, - сила, - скорость.
Разделим обе части формулы на скорость , чтобы найти силу:
Подставим значения:
3. Теперь учтем коэффициент полезного действия двигателя, который составляет 25%. Это означает, что только 25% мощности двигателя используется для преодоления силы трения и движения мотороллера, а остальные 75% теряются в виде потерь (тепловые потери и т. д.). Чтобы найти силу, пользующуюся двигателем, умножим полученное значение силы на коэффициент полезного действия:
4. Чтобы найти расстояние, пройденное мотороллером, нам нужно знать, какую работу выполнит двигатель, чтобы передвинуть мотороллер на данной мощности и силе. Общая работа может быть выражена как произведение силы, на которую действует двигатель, и пути, который будет пройден:
где - работа, - полезная сила двигателя, - пройденное расстояние.
Выразим расстояние:
5. Для вычисления работы двигателя, нам понадобится использовать удельную теплоту сгорания бензина и расход бензина. Работа может быть определена как произведение количества топлива, потребляемого двигателем, и его теплоты сгорания:
В нашем случае расход топлива составляет 3,6 литра, а удельная теплота сгорания бензина равна 46 МДж/кг. Чтобы получить работу в желаемых единицах, нам нужно привести степени величин к одним единицам измерения. Поскольку масса источника тепла бензина не указана в задаче, мы можем пренебречь им и привести удельную теплоту сгорания бензина к энергии, потребляемой по расходу топлива:
6. Подставим полученное значение работы в формулу для расстояния:
Теперь мы готовы рассчитать расстояние, пройденное мотороллером.
1. Сначала определим мощность двигателя в ваттах, так как в задаче дана мощность в кВт. Для этого умножим значение мощности на 1000:
2. Затем найдем силу, с которой двигатель проталкивает мотороллер вперед. Для этого воспользуемся формулой:
где
Разделим обе части формулы на скорость
Подставим значения:
3. Теперь учтем коэффициент полезного действия двигателя, который составляет 25%. Это означает, что только 25% мощности двигателя используется для преодоления силы трения и движения мотороллера, а остальные 75% теряются в виде потерь (тепловые потери и т. д.). Чтобы найти силу, пользующуюся двигателем, умножим полученное значение силы на коэффициент полезного действия:
4. Чтобы найти расстояние, пройденное мотороллером, нам нужно знать, какую работу выполнит двигатель, чтобы передвинуть мотороллер на данной мощности и силе. Общая работа может быть выражена как произведение силы, на которую действует двигатель, и пути, который будет пройден:
где
Выразим расстояние:
5. Для вычисления работы двигателя, нам понадобится использовать удельную теплоту сгорания бензина и расход бензина. Работа может быть определена как произведение количества топлива, потребляемого двигателем, и его теплоты сгорания:
В нашем случае расход топлива составляет 3,6 литра, а удельная теплота сгорания бензина равна 46 МДж/кг. Чтобы получить работу в желаемых единицах, нам нужно привести степени величин к одним единицам измерения. Поскольку масса источника тепла бензина не указана в задаче, мы можем пренебречь им и привести удельную теплоту сгорания бензина к энергии, потребляемой по расходу топлива:
6. Подставим полученное значение работы в формулу для расстояния:
Теперь мы готовы рассчитать расстояние, пройденное мотороллером.
Знаешь ответ?