Ich betrachte ein Szenario, in dem sich ein Auto mit einem Motor mit einer maximalen Leistung von 200 PS auf einer reibungsfreien Oberfläche und im Vakuum bewegt. Da keine Arbeit durch Reibung oder Luftwiderstand verloren geht, sollte das Auto unbegrenzt beschleunigen. Nehmen wir für dieses Szenario an, dass der 200-PS-Motor mit voller Leistung arbeitet und 2000 N an den Rädern erzeugt.
Da das Auto unendlich beschleunigen wird, wird es einen Punkt geben, an dem die Geschwindigkeit des Autos multipliziert mit der Kraft zu einem Leistungsbedarf führt, der größer ist als das, was der Motor des Autos erzeugen kann.
Um dies zu veranschaulichen, nehmen wir an, dass das Auto auf eine Geschwindigkeit von 500 m/s beschleunigt hat, die Leistung ist dann: P = F × v = 2000 N × 500 m/s, was gleich ist Watt oder etwa 1300 PS.
Meine Frage ist einfach: Da der Motor nicht in der Lage ist, irgendetwas über 200 PS zu produzieren, wie wird diese Situation dann die Leistungsgleichung ändern, um dies widerzuspiegeln?
Da Autos aufgrund von Reibung funktionieren, gehe ich davon aus, dass Sie eher ein System ohne Widerstand als ohne Reibung meinen. Damit 100% der Kraft des Motors in die Erhöhung des KE des Autos entfaltet wird.
Nehmen wir für dieses Szenario an, dass der 200-PS-Motor mit voller Leistung arbeitet und 2000 N an den Rädern erzeugt.
Leider können wir das mit einem echten Motor nicht machen. Bei jedem echten Motor nimmt die Fähigkeit, Kraft/Drehmoment zu entwickeln, mit zunehmender Drehzahl ab. Tatsächlich können Sie die Geschwindigkeit und die Leistung verwenden, um die maximale Kraft bei dieser Geschwindigkeit zu finden.
Bei hoher Geschwindigkeit kann der Motor das Fahrzeug immer noch beschleunigen, jedoch mit immer weniger Kraft/Drehmoment.
Aber meine Frage hier bezieht sich eher auf die physikalischen Größen als auf die wahre Leistungsfähigkeit eines ICE. Mit anderen Worten, und um die Dinge einfacher zu machen, verwenden wir eine 200-PS-Rakete, die 2000 N erzeugt
Dies ist keine Einschränkung eines Verbrennungsmotors (oder irgendeines Motors). Es ist eine Einschränkung, wie die Kraft erzeugt wird. Sie haben nur zwei Möglichkeiten, die Kraft zu erzeugen:
Meine obige Antwort beschränkt sich auf den ersten Fall. Wenn Ihre Geschwindigkeit relativ zur Reaktionsmasse zunimmt, nimmt Ihre Fähigkeit, Drehmoment zu erzeugen, ab. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, eine Feder oder irgendetwas handelt.
Wenn Sie die Reaktionsmasse mitbringen, erzeugen Sie konstante Kraft, nicht konstante Leistung. Aber am Anfang ist Ihre Anlage aus energetischer Sicht fürchterlich ineffizient. Während im ersten Fall die gesamte Energie des Motors in den KE des Autos fließen kann, geht bei der Rakete die meiste Energie in den KE des Auspuffs.
Bei hohen Geschwindigkeiten (wenn die Rakete mit Geschwindigkeiten fährt, die sich der Abgasgeschwindigkeit nähern), kommt zusätzliche Leistung von der Tatsache, dass der KE des jetzt beschleunigten Treibstoffs reduziert wird, wenn er die Rakete verlässt.
Eine Rakete kann einen konstanten Schub erzeugen, aber keine konstante Leistung. Die Leistung ändert sich beim Beschleunigen.
Hier ist eine letzte Möglichkeit, darüber nachzudenken: Die Übertragung von Ihrer Antriebseinheit (Motor) zu Ihrer Reaktionsmasse (dem Boden) kann als beweglicher Hebel betrachtet werden.
Bei einem Hebel haben Sie die Wahl: Sie können den Hebel verkürzen, sodass er eine hohe Geschwindigkeit erzeugt, aber die von Ihnen ausgeübte Kraft verringert, oder Sie können den Hebel verlängern, sodass er eine geringere Geschwindigkeit erzeugt, aber die von Ihnen ausgeübte Kraft erhöht.
Wenn Ihre Geschwindigkeit relativ zur Reaktionsmasse zunimmt, müssen Sie Ihren Hebel mehr auf die "Geschwindigkeitsseite" vorspannen, wodurch Ihre aufgebrachte Kraft verringert wird. In einem Auto geschieht dies über die Zahnräder im Getriebe, aber unabhängig von der angewandten Methode.
Nehmen wir für dieses Szenario an, dass der 200-PS-Motor mit voller Leistung arbeitet und 2000 N an den Rädern erzeugt.
200 PS sind ungefähr 150 kW, also werde ich das nur für diese Antwort verwenden.
Weil wenn Sie beide angeben Und dann ist nur noch eine möglich . In diesem Fall Und impliziert . Keine andere Geschwindigkeit, weder höher noch niedriger, ist möglich, um dieser Kombination aus Kraft und Kraft zu begegnen.
Wenn das Auto weiterhin mit Spitzenleistung beschleunigt, nimmt die Kraft zwangsläufig ab, wenn die Geschwindigkeit zunimmt. Unter den von Ihnen aufgeführten idealisierten Bedingungen können Sie unbegrenzt weiter beschleunigen, jedoch mit zunehmend geringerer Kraft und geringeren Beschleunigungen. Dies wird direkt durch impliziert
Ich stelle fest, dass Ihre Frage besagt, dass das Auto ist
Bewegung auf einer reibungsfreien Oberfläche und im Vakuum
Gehen wir kurz zurück zur Arbeit: Die Arbeitsformulierung lautet:
wobei es in Ihrer Situation "die zusätzliche Strecke bedeutet, die das Auto aufgrund der Motorleistungsaufnahme während eines bestimmten Zeitintervalls zurücklegt"
Aus dieser Definition folgt Macht ist "Die zusätzliche Geschwindigkeit, die dem Auto durch Kraft gegeben wird “, dh
Daher der Ausdruck bedeutet die Kraft erforderlich für die Geschwindigkeit des Autos mit Gewalt , ist diese Kraft multipliziert mit dem Geschwindigkeit, die dem Auto während des anwendbaren Zeitintervalls gegeben wird.
Wenn wir nun die Situation vereinfachen und sagen, dass die Reibung im Motor nicht zunimmt, kann der Motor das Auto aufgrund chemischer Beschränkungen selbst dann nicht über eine bestimmte Geschwindigkeit hinaus beschleunigen: Es ist eine Mindestzeit erforderlich, um den Kraftstoff zu verbrennen -Luftgemisch in den Motorzylindern.
Beachten Sie, dass in der realen Welt die Kraft erforderlich wäre, um eine Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, da Luftwiderstand, Reibung usw. versuchen, das Auto mit einer „Leistungsabgabe“ zu verlangsamen, die der Leistungsaufnahme der Kraft entspricht, die verwendet wird, um dies aufrechtzuerhalten Geschwindigkeit.
Charlie
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Gert
Abanob Ebrahim
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