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Question
J'ai récemment fait des recherches sur le couple et la puissance pour comprendre comment ils sont liés les uns aux autres.
Prenez ma voiture, un 2.0 TDI, qui produit un couple de 390 Nm. 390 Nm seuls sans tenir compte d'un moteur ou d'un effet, ce n'est pas particulièrement grand-chose. Vous pouvez créer 390 Nm à mains nues.
Le moteur crée ces 390 Nm par rotation, et au couple maximal du volant (≈ 2000 tr/min), il tourne environ 33 fois par seconde.
< p>Considérant le travail au fil du temps, cela donne environ 110 chevaux.Mais si vous avez un vélo avec des pédales, disons à 0,5 m du centre à des fins de calcul, 390 Nm pourraient être créés en créant 780 newtons de force à un demi-mètre du centre. C'est à peu près l'équivalent de mon poids.
Comment se fait-il alors que le moteur puisse pousser une voiture de 1,6 tonne à 230 km/t, mais je peux à peine faire une pente raide ?
D'après ce que je comprends, tout est lié au travail au fil du temps. Peut-être que cela a aussi quelque chose à voir avec le démarrage, la combustion peut à peine faire tourner le moteur, mais une fois démarré, il peut tirer une grosse voiture à grande vitesse ?
Réponse acceptée
Vous pouvez créer n'importe quelle quantité de couple à mains nues. Choisissez simplement un levier assez long. Archimède a dit : « Donnez-moi un endroit où me tenir et avec un levier, je déplacerai le monde entier. » (source : Wikiquote). Notez qu'Archimède n'a rien dit sur la vitesse à laquelle il peut déplacer le monde entier ; il vient de dire qu'il peut en principe déplacer le monde entier.
Cependant, la limitation ici est la puissance, pas le couple. La vitesse à laquelle vos mains ou vos pieds bougent est limitée, et une fois que vous travaillez près de votre puissance maximale, vous ne pourrez peut-être pas être aussi fort que vous l'êtes lorsque vous ne bougez pas du tout.
Leviers et engrenages peut changer la force ou le couple (l'équivalent rotationnel de la force), mais aucun ne peut changer la puissance. La puissance est une chose fondamentale qui doit provenir d'une source d'énergie.
Il existe deux formules utiles : la puissance est la vitesse de rotation (en radians par seconde) multipliée par le couple, ou bien la puissance est la vitesse linéaire multipliée par la force . Les leviers fonctionnent en modifiant la vitesse et la force dans des directions opposées ; le résultat final est que leur produit est le même. Les engrenages fonctionnent de la même manière en modifiant la vitesse de rotation et le couple dans des directions opposées ; encore une fois, leur produit reste le même.
À propos des niveaux de couple : avec une manivelle de 170 mm, un cycliste fort et lourd pesant 100 kg, tirant avec la chaussure arrière à 30 kg (et poussant avec la chaussure avant à 30 kg supplémentaires), et en tirant du guidon à 25 kg, peut atteindre 310 Nm : (100 kg + 30 kg + 30 kg + 25 kg) * 9,81 m/s^2 * 0,17 m = 308,52 Nm. Les engrenages peuvent multiplier cela : par exemple, un engrenage avant à 22 dents et un engrenage arrière à 32 dents vous donne 449 Nm. Ainsi, non seulement vous pouvez créer un couple supérieur à 390 Nm à mains nues, mais vous pouvez également le faire sur une machine pratique, un vélo, avec vos pieds.
Mais un cycliste ne peut en aucun cas produire 110 chevaux ! Un cycliste est limité à environ 1 cheval-vapeur sur de courtes rafales, et à environ un tiers à un demi-cheval-vapeur sur des durées plus longues.
Alors, en quoi un moteur de voiture diffère-t-il des leviers pratiques et des vélos actionnés par vos mains ou pieds ? C'est le taux de rotation ! Les moteurs de voiture tournent si vite qu'il est impossible de produire une rotation aussi rapide avec vos mains ou vos pieds. Les niveaux de force et de couple dans les moteurs de voiture, cependant, sont similaires à ce que vous pouvez produire avec vos mains et vos pieds dans des applications pratiques.
Réponse populaire
Le moteur crée ces 390 Nm par rotation, et au couple maximal du volant (≈ 2000 tr/min), il tourne environ 33 fois par seconde.
Considérant le travail au fil du temps, cela se traduit par certains 110 chevaux.
Je suis d'accord :
Power = Torque × Angular Speed
= 390 Nm × ( 2,000 rev/min × 2π rad/rev × 1/60 min/s )
= 81680 W
= 110 hp
Mais si vous avez un vélo avec pédales, disons à 0,5 m du centre à des fins de calcul, 390 Nm pourraient être créés en créant 780 newtons de force à un demi-mètre du centre. C'est à peu près l'équivalent de mon poids. Comment se fait-il alors que le moteur puisse pousser une voiture de 1,6 tonne à 230 km/h, mais je peux à peine faire une pente raide ?
Il y a quelques éléments à cela :
Aucun humain ne peut auto-alimenter les pédales de vélo pour tourner 33 fois par seconde...
.. . Sans parler de 3 tours par seconde, surtout à ce niveau de couple.
0,5 m, c'est un peu exagéré...
... même pour un penny-farthing.
Vous aurez donc besoin d'encore plus de force pour maintenir un niveau de couple donné.
La masse n'affecte pas la vitesse de pointe...
... juste l'accélération .
C'est une conséquence directe des première et deuxième lois de Newton. Les facteurs limitants pour un véhicule routier typique sont la traînée aérodynamique, le frottement routier et les pertes de transmission.
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Je crois que vous avez vos calculs à l'envers. @ 0,5 m du centre, vous auriez besoin de couper le 390 en 1/2 ... jusqu'à 195 Nm. En réalité, la pédale n'est qu'à environ 0,2m du centre, ce qui la réduit à environ 1/5ème des 390Nm mystiques, ou 78Nm dans votre exemple. En réalité, si vous recherchez sur Google combien de chevaux un humain peut développer< /a>, vous trouverez les informations suivantes :
Lorsqu'on considère un équipement à propulsion humaine, un être humain en bonne santé peut produire environ 1,2 hp brièvement (voir les ordres de grandeur) et maintenir environ 0,1 hp ( 74,57 W) indéfiniment ; les athlètes entraînés peuvent gérer jusqu'à environ 2,5 ch (1,85 kW) brièvement et 0,35 ch (260 W) pendant plusieurs heures.
En considérant même la moindre des voitures peuvent produire plus de 60 hp, ils nous surpassent de loin, les misérables humains . Ensuite, vous mettez l'engrenage dans l'équation (avec laquelle les automobiles sont le grand égaliseur), vous commencez à voir comment une automobile peut non seulement démarrer, mais peut également se maintenir à des vitesses plus élevées pendant des périodes prolongées, alors qu'un humain a du mal déplacer un vélo sur la route pendant une durée appréciable.
Pas sûr des chiffres déjà cités : le cycliste Chris Boardman a maintenu 450W pendant une heure voir ici :
