Новости

Почему нам нужны маховики

Двигатели являются самыми счастливыми и наиболее эффективными, когда они вырабатывают мощность с постоянной, относительно высокой скоростью. Единственная проблема в том, что транспортные средства и машины, на которых они ездят, должны работать на разных скоростях, а иногда и вовсе останавливаться. Муфты и шестерни частично решают эту проблему. (Муфта — это механический «выключатель», который может отключить двигатель от машины, на которой он движется, а шестерня — это пара сцепленных колес с зубьями, которые изменяют скорость и крутящий момент (силу поворота) машины, поэтому она может двигаться быстрее). или медленнее, даже когда двигатель работает с той же скоростью.) Но сцепление и передача не могут сэкономить энергию Вы тратите впустую, когда вы тормозите и возвращаете это позже. Это работа для маховика! Советуем вам сайт meanders.ru, здесь вы узнаете больше о применениях маховиков https://meanders.ru/mahovik-nakopitel-jenergii-raschety-i-trebovanija-k-rotoru.shtml.

Что такое маховик?

Фото: типичный маховик на газоперекачивающем двигателе. Маховик — большее из двух черных колес с тяжелым черным ободом в центре. Это один из многих увлекательных движков, которые вы можете увидеть в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.

Маховик — это очень тяжелое колесо, вращение которого требует много сил. Это может быть колесо большого диаметра со спицами и очень тяжелым металлическим ободом, или это может быть цилиндр меньшего диаметра, сделанный из чего-то вроде углеродно-волокнистого композита . В любом случае, это тот тип колеса, который вам нужно нажать очень сильно, чтобы заставить его вращаться. Так же, как маховику нужно много силы, чтобы запустить его, так и ему нужно много силы, чтобы остановить его. В результате, когда он вращается с высокой скоростью, он стремится продолжать вращаться (мы говорим, что у него много угловых моментов ), что означает, что он может хранить много кинетической энергии., Вы можете думать об этом как о некой «механической батарее», но она хранит энергию в форме движения (иными словами, кинетическую энергию), а не энергию, запасенную в химической форме внутри традиционной электрической батареи .

Маховики бывают разных форм и размеров. Законы физики (кратко объясненные в рамке ниже — но вы можете пропустить их, если вы не заинтересованы или уже знаете о них), говорят нам, что большие диаметры и тяжелые колеса накапливают больше энергии, чем меньшие и более легкие колеса, в то время как маховики, которые вращение быстрее сохраняет гораздо больше энергии, чем вращение медленнее.

Современные маховики немного отличаются от тех, которые были популярны во время промышленной революции. Вместо широких и тяжелых стальных колес с еще более тяжелыми стальными ободами маховики 21-го века, как правило, более компактны и изготовлены из углеродного волокна или композитных материалов , иногда со стальными ободами, которые, возможно, на четверть тяжелее.

Вещи, движущиеся по прямой линии, имеют импульс (своего рода «силу» движения) и кинетическую энергию (энергию, которую они имеют благодаря своему движению) из-за своей массы (сколько «вещей» они содержат) и своей скорости (как быстро они идут). Точно так же вращающиеся объекты имеют кинетическую энергию, потому что у них есть то, что называется моментом инерции (из какого количества «материала» они сделаны и как он распределяется) и угловая скорость (как быстро они вращаются). Момент инерции является эквивалентом массы для вращающихся объектов, в то время как угловая скорость подобна обычной скорости, только вращающейся по кругу.

Так же, как кинетическая энергия объекта, движущегося по прямой линии, определяется этим уравнением:

E = ½mv 2

(где m — масса, а v — скорость), так что эквивалентная кинетическая энергия вращающегося объекта задается этим:

E = ½Iω 2