Конкурс с призом! — задачка про клапан-бездельник
ЗАДАЧА № 180
Клапан – бездельник
Форумчанин с псевдонимом Бывалый подкинул хитрый вопрос автолюбителям: «Много клапанов в современном моторе и его системах. И в ГРМ, и в системе охлаждения, и в вентиляции картера, и во многих других. Но есть клапан, который при работе мотора всегда открыт. А может быть, он не один?»
Так какой же клапан открыт всегда, когда работает двигатель?
Короткие ответы не рассматриваются.
Ответ с пометкой «Конкурс» отправьте до 1 декабря 2022 года по адресу: 107045, Москва, Селиверстов пер., д. 10, стр. 1; e‑mail: [email protected].. Укажите ваш контактный телефон или иной способ быстрой связи.
Ниже подводим итоги конкурса знатоков, опубликованного 1 декабря 2022 года.
В задаче читателям нужно было объяснить, почему, когда на парковке автомобили стали размещать с бóльшим боковым интервалом, то повреждений от открытых дверей стало больше – и напомнить про связь с прессами для штамповки деталей автомобиля и даже с работой двигателя. Те читатели, которые ответили несколькими словами вроде «сильный ветер» или применили непечатные выражения о соседях-автолюбителях, конечно, не могут претендовать на победу. Зато наш победитель всё подробно объяснил.
Героиней (или антигероиней) задачи является кинетическая энергия вращающегося тела – двери автомобиля. Открывая дверь, мы прикладываем к ней силу. Совершаемая при этом работа будет равна произведению момента силы на угол поворота (в радианах) или (то же самое) произведению силы на радиус движения точки ее приложения и на угол поворота (в радианах): M = F*r*Δφ.
Выполненная работа переходит в кинетическую энергию поворачивающейся двери. Очевидно, что чем дольше мы будем прикладывать силу к ручке двери, тем большую работу мы совершаем, и тем больше будут угловая скорость двери и ее кинетическая энергия.
Для того чтобы остановить движение двери, необходимо «забрать» у нее энергию, приложив момент силы, обратный первоначальному. Оптимально, конечно, удержать дверь за ручку. Но это не всегда легко. Если на 2/3 угла раскрытия двери мы разгоняли ее, то для остановки на оставшейся 1/3 пути тормозящая сила должна быть больше первоначальной.
А если дверь распахивает ребенок? А если ее подхватило ветром?
«Непогашенная» кинетическая энергия пойдет на упругую и пластическую деформацию металла своей и соседней машины, а также на нагрев деформируемых деталей и создание звуковых волн от удара.
При открывании двери на небольшой угол приложенная сила не успевает ее разогнать, и воздействие на соседнюю машину получается относительно слабым – металл деформируется упруго и может восстановить форму после снятия нагрузки. Если же боковой интервал между автомобилями велик, то дверь наберет большую скорость, ее остановка потребует значительных усилий и будет сопряжена с серьезными деформациями. Вспомним, как ограничитель двери способен удерживать ее в открытом положении под напором ветра, однако ломается, когда та же дверь распахивается от того же ветра.
Кинетическая энергия вращающегося тела способна не только портить детали автомобиля, но и создавать их. Для штамповки широко применяются кривошипные прессы. Их привод представляет собой сочетание асинхронного электродвигателя и маховика, связанных ременной передачей. Соединенный с маховиком кривошип преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное перемещение штампа.
Такие прессы относятся к машинам с пиковым характером нагрузки привода. Во время холостого хода электродвигатель разгоняет маховик, увеличивая его кинетическую энергию. При выполнении технологической операции скорость вращения маховика снижается, а накопленная энергия тратится на выполнение работы по деформации стального листа. Применение маховика позволяет снизить мощность электродвигателя, повысить эффективность его использования и увеличить КПД пресса за счет накопления кинетической энергии и расходования ее непосредственно во время выполнения рабочего процесса.
Те же физические законы справедливы и для работы двигателя. Во время рабочего хода при сгорании смеси выделяется тепловая энергия, которая посредством кривошипно-шатунного механизма трансформируется в кинетическую энергию вращения коленвала и связанных с ним деталей, в частности, маховика. После завершения рабочего хода коленвал продолжает вращательное движение, расходуя накопленную кинетическую энергию на преодоление сил трения, удаление отработанных газов, всасывание и сжатие новой порции рабочей смеси. Наличие нескольких цилиндров распределяет рабочие такты по положениям коленвала, однако не устраняет полностью цикличность процессов накопления-отдачи энергии.
Евгения Бобкова поздравляем с победой!
- «За рулем» теперь можно читать в Телеграм.
Фото: depositphotos.com, фирмы-производители и «За рулем»
1679