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                高中物理網

                恒定功率與恒定加速度啟動模式

                王尚老師微信

                當機車(汽車、摩托車)從靜止開始沿水平面啟動過程,有兩種不同的加速啟動模式,分別是以恒定功率啟動與以恒定加速度(牽引力)啟動。

                雖然⊙機車的啟動模式不同,但分析時采用的基本公式都是類似的,都要用□到兩個物理公式:

                機車不同位置一定要薄艾前十就夠 了方式啟動的理論分析公式

                (1)P=Fv

                (2)F-f =ma;

                汽車發動機功率

                (1)恒定功率啟動

                我們先來說汽車以恒定功率啟①動模式,這種模式相當於,剛開始啟動就把油門踩到底了,剛啟動的功率就是最大功率。

                我們還是基於上述兩大基【本物理公式P=Fv和F-f=ma來分析。

                (a)剛開始啟動時

                由於P恒定,從靜∩止剛開始啟動時,機車的v非常小(接近於零),有公式P=Fv可知,此時內燃機的驅動力F是非常大的。

                再根據公式F-f=ma,所以這個時候機↓車的加速度非常大,機車加速情況非常明顯。

                (b)隨後的過程

                上述已經分析,初期〖加速非常明顯,由公式P=Fv可知,隨著機▽車速度v的增大,內燃機的驅動力F必將減小,再結合公式F-f=ma,可知加速度a的變化是逐漸減小。

                我⌒ 們結合上述(a)與(b)兩灝明步的分析,把機車的v-t圖畫出來。

                機車恒定功率啟動模式

                (c)趨□ 於穩定態

                接下來是趨於找出最適合挑戰穩定態☆的分析,王尚請同學們把P=Fv和F-f=ma在紙上寫一遍。結合上面兩步的分析和v-t圖像,我們知道當汽車剛剛啟動時候,由於速度接近ㄨ於零,所以這個時候汽車的加速度非常大。

                但是隨著速度v被加上去,牽引力F開始逐漸變小,汽車做♂加速度a不斷減小的加速運動,直到臨界々態F=f,此時加站了起來速度a=0,即這時v達到最大值,不再增加,這就是最終的穩定態。

                根據公式P=Fv和F-f=ma,此時的ぷ速度為:vm=P/f

                通過整個但都被他輕易躲了過去過程的分析,我們可以發現恒定功率啟動的加速模式必然不是勻加速。這種加速過程發動機做的功只能】用W=Pt計算,不能用W=Fs計算(因為F為變力)。

                實際中,這種加速方式是非常不舒服的,因為初期◥的加速度太大,人會覺得非常難受。這種加速模式的的好處是,可以最快速加速到最大值。同學們去看≡◤F1方程式賽車一道藍色光芒閃爍,賽車手都是這麽加速度的。

                (2)恒定加速度啟動

                我們再來探討恒■定加速度(牽引力)啟動模式。我們的分析還是圍繞物理公式P=Fv和F-f=ma展開。

                (a)勻加速階段

                由於是恒定的加速度a啟動模式,根據公式F-f=ma可知,合外力、內燃機的驅動力F必須是固定數值。

                前面分︻析已經得到,內燃 什么機驅動力F是不變的,根據公式P=Fv可知,即隨著v的增大,P也將不斷增大。

                結合日╳常生活的常識可知,功率不□ 可能增加到無窮大,總有上限,這個上限就是額定功率Pm。

                當功率增大到Pm就不能再增大了。

                這時勻加速運動結◣束,如果說從此刻開●始,維持機車的功率為額定功率Pm,接下來再來分析後期機車的運動行為。

                (b)變加速階段

                在(a)的分析中,我們得知在勻加速直線運▲動階段,機車的驅動力F不變,速度v在均勻增加,因此總功率其中兩個巔峰玄仙P=Fv再增加,當P增加到最『大功率Pm時,就不能繼續增加了,也就是說不能在維持上述勻↘加速的加速模毫無血色式了。

                如果此時開始,機車的功率一直為額定功率Pm,我們來▓分析機車後續的運動行為。王尚新書物理自診斷每道題都有視頻講解,哪道題不會掃題旁二維碼即可看視頻,學習更高效考試分數更高,歡迎咨詢。

                機▼車要想繼續加速,就只能做恒定功率的變加速運動了,這種模↘式和上面講到分析方法是非常類似的。

                機車功 率已經達到了最大數值Pm,根據公式Pm=Fv可知,速度v的增加,會導致F的減小(兩者成反比例關系)。

                而內這傷口又無法愈合燃機驅動力F減小後,根據公式F-f=ma可知,加速度a就會減小,在原有的恒定勻加速加速階㊣段的加速度基礎上減小。畫出v-t圖如下圖所示: 

                機車恒定加速度啟動模式

                (c)最終穩◥定態

                根據上面(b)的分析,機車內燃機的驅動力F逐漸減小,加速度a逐漸減小。最終的臨界態◢將是:

                加速度為心中震驚無比零,內燃機的驅動力等於阻力。

                從此刻開嗡始,機車將做↑勻速直線運動。根據公式P=Fv和F-f=ma,此時的◥速度為:vm=P/f

                結論

                通過上面的分析可知:

                恒定牽引力的加速時功率一定不恒定。在∩勻加速過程中,發動機做♂的功只能用W=Fs計算,不能用W=Pt計算(因為P為變功率)。

                通過對比,我們就會發現,在生活中,往往是采用第二種即恒定加速度模式啟動一個藍色護罩就把他保護了起來汽車。原因是這樣既舒服又省油☆,舒服的原因是加速度穩定,省油的原因是功率是逐漸增加上去的。

                對於給我們一個痛快吧第一種啟動模式,往往是出▽現在F1方程式賽車場中,因為賽車最需要的是最短時間內〓把速度提上去轟隆隆屠神劍和仙器長棍一接觸。高中物理網王尚老師提醒同學們,還要註意兩種加速運動過程的最大加速度和最大速度的區別和關聯。

                參考文獻

                功率/n3u2pa/zongjie/b2/468726.html

                機車啟動方式分析的切入點

                汽車啟動的功率分析

                做功與求功的方法/n3u2pa/zongjie/kaodian/43177.html

                兩種啟√動模式的區別

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