Что такое кинетическая энергия простыми словами

Калькулятор расчета общей работы

Что такое кинетическая энергия простыми словами

Работа в физике — это действие, в результате которого объект перемещается в пространстве или воздействует на другое тело. Этот показатель напрямую связан с понятием кинетической энергии.

Потенциальная энергия

Прежде чем разбираться с понятием кинетической энергии, следует рассмотреть энергию потенциальную. Для совершения работы физическому объекту, человеку или животному необходима энергия. Живые организмы берут энергию из пищи или солнечного света, физические объекты — из сил природы, механизмы — от усилий человека, а электроприборы — из энергосети. Энергия в переводе с греческого означает действие, силу или мощь.

Если тело обладает возможностью совершить работу, то есть переместиться на определенную дистанцию или воздействовать на другой объект, то с точки зрения физики такое тело обладает потенциальной энергией. Среди наиболее очевидных примеров тел, обладающих потенциальной энергией, выделяются:

  • объекты, поднятые на высоту;
  • упруго деформированные тела;
  • сжатые газы.

Например, если взять в руки мяч, то он будет обладать потенциальной энергией, пропорциональной высоте, на которую его подняли. Если мяч уронить, то его потенциальная энергия высвободится, а сила тяжести совершит работу по «доставке» его на поверхность земли. Если мяч бросить, то работу совершит результирующая сила из мускульной силы человека и силы тяготения. Но в момент, когда мяч начнет лететь, его потенциальная энергия начнет трансформироваться в кинетическую.

Кинетическая энергия

Древнегреческое слово «кинетикос» имеет отношение к движению, поэтому простыми словами кинетическая энергия — это мощь движения. Кинетическая энергия тела в первую очередь зависит от массы тела, но гораздо больше на уровень энергии влияет скорость. Формула, известная еще со школы, описывает зависимость энергии от массы и скорости следующим образом:

Ek = 0,5 m × v2,

где m – масса объекта, v – его скорость.

Такой энергией обладают все тела, скорость которых не равна нулю. Это и движущийся автомобиль, и летящий самолет, и ползущая улитка.

Движущийся тела способны совершить работу, то есть переместить предмет на заданную дистанцию или воздействовать на него. Летящий мяч обладает кинетической энергией до тех пор, пока он не упадет на землю.

Если словить его на лету, мяч окажет воздействие на ловца, которое в некоторых случаях может быть довольно болезненным. Но как связаны кинетическая энергия и работа?

Связь работы и кинетической энергии

Сила — это мера действия на объект, в результате которого происходит изменение состояния данного объекта. Под действием силы тела перемещаются, сжимаются или растягиваются. Сила связывается с массой тела и ускорением при помощи формулы:

F = m × a,

где а – ускорение.

В свою очередь работа — это влияние силы на тело, в результате которого происходит движение. При однонаправленном движении работа тела выражается по формуле:

A = F × S = m × a × S,

где S — дистанция перемещения.

Из курса динамики мы знаем, что ускорение тела связано со скоростью и пройденным расстоянием следующим соотношением:

a = (v22 − v12) / 2S,

где v1 — начальная скорость, а v2 — конечная скорость.

Если бы подставим это выражение ускорения в формулу работы, то получим:

A = m × a × S = m × S × (v22 – v12) / 2S =

m × (v22 – v12) / 2 = 0,5 (m × v22) − 0,5 (m × v12) = Ek2 − Ek1

Из выражения очевидно, что работа — это разница кинетических энергий тела в начальной и конечной точке. Если тело набирало ускорение с нуля, то работа равна кинетической энергии в конечной точке.

Закон сохранения энергии

Энергия не появляется ниоткуда и не исчезает в никуда, она лишь превращается из одного вида в другой. В состоянии покоя тела обладают потенциальной энергией, которая во время движения трансформируется в кинетическую.

Потенциальная и кинетическая энергия в сумме дают механическую энергию тела, которая в свою очередь может трансформироваться в электрическую, а затем — в химическую.

Наиболее простой пример трансформации механической энергии в электрическую и обратно — это электрические двигатели и генераторы, в которых вращение вала в магнитном поле продуцирует электродвижущую силу и напряжение.

Более интересным примером являются пьезоэлементы — кристаллы, которые при сжатии генерируют электрическую силу. В любом случае для получения электричества требуется осуществить механическую работу.

Наша программа позволяет вычислить работу тела, которую оно совершило при изменении его скорости. Для этого требуется ввести в соответствующие ячейки значения массы тела, его начальную и конечную скорость.

Теннисный мяч

Давайте определим работу мускульной силы Серены Уильямс при подаче теннисного мяча. Мы знаем, что масса мячика составляет всего 90 г или 0,09 кг. Скорость подачи знаменитой теннисистки или конечная скорость мячика составляет 207 км/ч или 57,5 м/с. Начальная скорость мяча составляет 0 м/с. Рассчитаем итоговую работу при помощи калькулятора и получим работу, равную 148,78 Дж.

Заключение

Вычисление общей работы в виде разности его кинетических энергий не представляет сложностей, но гораздо удобнее осуществлять расчеты в автоматическом режиме. Именно для этого и разработан наш калькулятор, который пригодится школьникам или студентам начальных курсов.

Источник: https://bbf.ru/calculators/196/

Чем отличается кинетическая энергия от потенциальной?

Что такое кинетическая энергия простыми словами

Для приведения любого тела в движение обязательным условием является произведение работы. При этом, для выполнения данной работы необходимо израсходовать некоторую энергию.

Энергия характеризует тело с точки зрения возможности производить работу. Единицей измерения энергии является Джоуль, сокращенно [Дж].

Полная энергия любой механической системы эквивалентна суммарному значению потенциальной и кинетической энергии. Поэтому, принято выделять потенциальную и кинетическую энергию в качестве разновидностей механической энергии.

Если речь ведется о биомеханических системах, то полная энергия таких систем состоит дополнительно из тепловой и энергии обменных процессов.

В изолированных системах тел, когда на них действуют лишь сила тяжести и упругости, величина полной энергии неизменна. Это утверждение является законом сохранения энергии.

Что же из себя представляет и тот, и другой вид механической энергии?

О потенциальной энергии

Потенциальная энергия это энергия, определяемая взаимным положением тел, либо составляющих этих тел, взаимодействующих друг с другом. Иными словами, эта энергия определяется величиной расстояния между телами.

К примеру, когда тело падает вниз и приводит в движение окружающие тела на пути падения, сила тяжести производит положительную работу. И, наоборот, в случае поднятия тела вверх, можно говорить о производстве отрицательной работы.

Формула потенциальной энергии

Следовательно, каждое тело при нахождении на определенном расстоянии от земной поверхности обладает потенциальной энергией. Чем больше высота и масса тела, тем больше значение работы, совершаемой телом. В то же время, в первом примере, при падении тела вниз, потенциальная энергия будет отрицательной, а при поднятии потенциальная энергия положительна.

Это объясняется равенством работы силы тяжести по значению, но противоположностью по знаку изменению потенциальной энергии.

Также примером возникновения энергии взаимодействия может служить предмет, подверженный упругой деформации — сжатая пружинка: при распрямлении ей будет производиться работа силы упругости. Здесь речь идет о совершении работы вследствие изменения расположения составляющих тела относительно друг друга при упругой деформации.

Подытожив информацию, отметим, что абсолютно каждый предмет, на который воздействует сила тяжести или сила упругости, будет обладать энергией разницы потенциалов.

О кинетической энергии

Кинетической является энергия, которой начинают обладать тела вследствие совершения процесса движения. Исходя из этого, кинетическая энергия тел, находящихся в покое, равняется нулю.

Формула кинетической энергии

Величина данной энергии эквивалентна величине работы, которую нужно совершить для выведения тела из состояния покоя и заставить его, тем самым, двигаться. Иными словами, кинетическую энергию можно выразить как разницу между полной энергией и энергией покоя.

Работа поступательного движения, которую производит движущееся тело, напрямую зависит от массы и скорости в квадрате. Работа вращательного движения зависит от момента инерции и квадрата угловой скорости.

Полная энергия движущихся тел включает в себя оба вида производимой работы, ее определяют, согласно следующему выражению: . Основные характеристики кинетической энергии:

  • Аддитивность – определяет кинетическую энергию как энергию системы, состоящую из совокупности материальных точек, и равную суммарной кинетической энергии каждой точки этой системы;
  • Инвариантностьотносительно поворота системы отсчета — кинетическая энергия независима от положения и направления скорости точки;
  • Сохранение – характеристика указывает, что кинетическая энергия систем неизменна при любых взаимодействиях, в случаях изменения только механической характеристики.

Примеры тел, обладающих потенциальной и кинетической энергией

Все предметы, поднятые и находящиеся на некотором расстоянии от земной поверхности в неподвижном состоянии, способны обладать потенциальной энергией. Как пример, это бетонная плита, поднятая краном, которая находится в неподвижном состоянии, взведенная пружина.

Кинетическую энергию имеют движущиеся транспортные средства, а также, в целом, любой катящийся предмет.

При этом, в природе, бытовых вопросах и в технике потенциальная энергия способна переходить в кинетическую, а кинетическая, в свою очередь, наоборот, в потенциальную энергию.

Мяч, который бросают с некоторой точки на высоте: в самом верхнем положении потенциальная энергия мячика максимальна, а значение кинетической энергии равно нулю, поскольку мяч не движется и пребывает в состоянии покоя. При снижении высоты потенциальная энергия соответственно постепенно уменьшается. Когда мячик достигнет земной поверхности, то он покатится; в данный момент кинетическая энергия увеличивается, а потенциальная будет равна нулю.

Некоторые тела могут обладать в одно и то же время обоими разновидностями механической энергии. В качестве примера приведем воду, которая падает вниз с плотины, маятники, летящие стрелы.

Вывод — чем отличается кинетическая энергия от потенциальной?

Подводя итог, отметим, что и та, и другая энергия являются разновидностями механической энергии. Главное их отличие: потенциальной энергией является энергия взаимодействующих тел, находящихся на расстоянии, а кинетическая представляет собой энергию движения данных тел.

Источник: https://vchemraznica.ru/chem-otlichaetsya-kineticheskaya-energiya-ot-potencialnoj/

Гидробол в Санкт-Петербурге – узнать цены и заказать игру – клуб «Ёжики в тумане»

Что такое кинетическая энергия простыми словами

Гидробол – новая активная игра для детей и взрослых, в которой соперники стараются попасть друг в друга шариками из гидрогеля – очень мягкого, но упругого материала, напоминающего желе.

Цены на игру в гидробол

Оплата игры в гидробол – почасовая, а шарики для игры будут предоставлены вам без дополнительной оплаты на всё время «сражений» – стреляйте сколько захотите, не думая о расходах.

На компанию до 10 человек:

Количество часов Стоимость, руб.
1 9 000
2 13 000
3 15 000

Наши площадки

Тюрьма

Огромная площадка для игры в пейнтбол в Санкт-Петербурге, с большим двухэтажным зданием, большой галереей по периметру, медпунктом, складом ГСМ и множеством небольших укреплений.

Сценарии: «Побег из тюрьмы», «Спасение пленника», «Захват тюрьмы».

Крепость

Самая большая крепость для пейнтбола в Санкт-Петербурге, двухэтажное строение с крепостной стеной, башенки и мосты.

Интересные и захватывающие сценарии: «Штурм крепости», «Три башни», «Восстание крестьян» и др.

Потерянный конвой

Баталия проходит на площадке в военном стиле с настоящим автобусом.

Также на территории клуба оборудованы блокпост с окопами и пулеметом с вращающимся гнездом.

Большое количество сценариев, некоторые из них: «Вывод заложников», «Зачистка» и др.

Безымянная высота

Площадк, для игры в пейнтбол, с укреплениями на склоне холма. Одна команда, как правило, занимает оборону на вершине, а другая старается закрепиться за большим земляным бруствером и оттуда организовать штурм.

Арабский квартал

Настоящий лабиринт извилистых улиц и тайных ходов. Мы воссоздали целый квартал ближневосточного поселения. Здесь Вам очень пригодится умение быстро ориентироваться на местности.

Марио

Небольшая площадка для быстрых разминочных игр: с неё начинают все группы. После того как инструктор убедится, что все игроки соблюдают правила и технику безопасности, он поведёт их на остальные игровые поля комплекса.

Особенности игры

При попадании в цель шарики мгновенно рассыпаются на маленькие кусочки и поэтому стрельба даже с очень близкого расстояния не оставит никаких синяков. При этом, дальность стрельбы составляет около 20 метров.

И здесь нет никакого волшебства: согласно закону сохранения энергии в момент попадания в соперника кинетическая энергия летящего шарика переходит в потенциальную энергию, которая расходуется на разрушение гидрогелевого «снаряда».

Ну а если простыми словами: гидробол на данный момент — это один из самых безопасных видов военно-тактических игр на свежем воздухе.

Гидробол безопасен не только для Вас, но и для природы – остатки шариков перерабатываются микроорганизмами, не нанося ущерб окружающей среде.

Будьте одними из первых, кто опробует эту новинку – записывайтесь на игру!

Игра в гидробол проводится по классическим сценариям пейнтбола и лазертага: захват высоты, вывод заложников из автобуса, оборона крепости, побег из тюрьмы и т.д. и подразумевает участие минимум 6 игроков.

В течение всего игрового дня с группой находится инструктор, который объясняет особенности того или иного сценария и следит за соблюдением техники безопасности и правил игры.

К Вашим услугам будет 2, 3 гектара специализированного игрового комплекса, но если захотите, то сможете заказать игру в гидробол на выезде: в лесу, на даче или даже в собственном офисе!!! Дело в том, что остатки шариков очень быстро высыхают и превращаются в маленькие песчинки, которые покинут Ваше рабочее пространство после первого же визита уборщицы с пылесосом ;)

Преимущества клуба «Ёжики в тумане»

  • Безлимитное количество снарядов для игры;
  • Опытные инструкторы;
  • Современное игровое оборудование;
  • Специализированные игровые площадки, территорией от двух гектаров.
  • Возможность проведения игры на вашей территории;
  • Фотосъёмка игры
  • Размещение в зоне отдыха после игры
  • Горячий чай с сушками
  • Наличие парковки

В качестве оружия используются разнообразные модели, имитирующие настоящие пистолеты и винтовки.

Источник: https://www.paintball-vtumane.ru/gidrobol/

I. Механика

Полная механическая энергия замкнутой системы тел остается неизменной

Закон сохранения энергии можно представить в виде

Если между телами действуют силы трения, то закон сохранения энергии видоизменяется. Изменение полной механической энергии равно работе сил трения

Рассмотрим свободное падение тела с некоторой высоты h1. Тело еще не движется (допустим, мы его держим), скорость равна нулю, кинетическая энергия равна нулю. Потенциальная энергия максимальная, так как сейчас тело находится выше всего от земли, чем в состоянии 2 или 3.

В состоянии 2 тело обладает кинетической энергией (так как уже развило скорость), но при этом потенциальная энергия уменьшилась, так как h2 меньше h1. Часть потенциальной энергии перешло в кинетическую.

Состояние 3 — это состояние перед самой остановкой. Тело как бы только-только дотронулось до земли, при этом скорость максимальная. Тело обладает максимальной кинетической энергией. Потенциальная энергия равна нулю (тело находится на земле).

Полные механические энергии равны между собой , если пренебрегать силой сопротивления воздуха. Например, максимальная потенциальная энергия в состоянии 1 равна максимальной кинетической энергии в состоянии 3.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как правильно чистить паяльник

А куда потом исчезает кинетическая энергия? Исчезает бесследно? Опыт показывает, что механическое движение никогда не исчезает бесследно и никогда оно не возникает само собой. Во время торможения тела произошло нагревание поверхностей. В результате действия сил трения кинетическая энергия не исчезла, а превратилась во внутреннюю энергию теплового движения молекул.

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.

Главное запомнить

1) Суть закона сохранения энергии

Общая форма закона сохранения*

Общая форма закона сохранения и превращения энергии имеет вид

Изучая тепловые процессы, мы будем рассматривать формулу
При исследовании тепловых процессов не рассматривается изменение механической энергии, то есть

В механике процессы теплопередачи не принимают во внимание, то есть . Если рассматривается физическая система замкнутая, то , получим . А если в замкнутой системе действуют только консервативные силы, то и приходим к формулировке: полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, сохраняется.

Источник: http://fizmat.by/kursy/zakony_sohranenija/sohranenie_jenergii

Снижение эффективности работы тормозной системы и способы его предотвращения

Посмотрите в словаре значение слова «увядать». Там написано «постепенно ослабевать или исчезать». Это не те слова, которые вы ожидаете услышать о критически важном для безопасности компоненте автомобиля, таком как тормоза. Тем не менее, снижение эффективности тормозов является значительной проблемой.

И хотя это явление чаще всего связано с уличными гонками или гонками на треках, это может случиться и с обычными автомобилями, особенно при торможении с высоких скоростей или при перевозке тяжелых грузов.

В связи с этим важно понимать, что вызывает снижение эффективности тормозов, и что вы и ваши клиенты можете сделать, чтобы предотвратить это.

Что такое Усталость тормозов/снижение эффективности работы тормозной системы?

Усталость тормозов/снижение эффективности работы тормозной системы — это временное и внезапное снижение тормозного усилия, вызванное чрезмерным нагревом системы при многократном торможении, при высоких нагрузках или на высоких скоростях. В отличие от отказа тормоза, обусловленного поломкой механических или гидравлических элементов, система обычно находится в рабочем состоянии, и когда проблема будет устранена, тормозное усилие восстановится, хотя и не обязательно до того же уровня.

Что вызывает Усталость тормозов/снижение эффективности работы тормозной системы?

Выражаясь простыми словами, тормоза функционируют путем преобразования кинетической энергии в тепло. Каждый раз, когда вы нажимаете на педаль тормоза, система выделяет тепло, которое при нормальных условиях движения рассеивается в атмосфере и передается другим компонентам после прекращения торможения.

Однако, поскольку кинетическая энергия увеличивается пропорционально квадрату скорости, торможение с высоких скоростей или при перевозке тяжелого груза экспоненциально увеличивает требования к тормозной системе, которая будет выделять значительно больше тепла.

Это избыточное тепло может быстро накапливаться в системе, что может привести к увяданию тормоза при отсутствии эффективного рассеивания тепла.

Типы снижения эффективности работы тормозной системы

Прежде чем мы рассмотрим способы предотвращения увядания тормоза, важно понять, что существуют различные типы увядания.

Выгорание колодок: Каждая тормозная колодка имеет диапазон максимальных рабочих температур.

При работе за пределами этого диапазона фрикционный материал начинает быстро разлагаться, что приводит к выделению газа из смол, связывающих материал колодки, и, как следствие, к образованию тонкого слоя высокотемпературного газа между колодкой и диском.

Эта новая пленка вызывает проскальзывание колодки, временно уменьшая коэффициент трения между колодкой и диском и, следовательно, тормозное усилие. 

При таких высоких температурах фрикционный материал с тормозных колодок также может перенестись на поверхность диска, образовав на нем тонкий неровный слой.

При трении колодок о неровную поверхность тормозного диска он может неравномерно нагреваться на различных участках.

Если температура в этих областях превышает 650 °C, чугун претерпевает структурные изменения и превращается в твердый материал, называемый цементитом, образуя выступающие пятна, которые могут привести к вибрации тормоза и преждевременному износу диска. 

Раннее снижение эффективности работы тормозной системы новых тормозных колодок.Новые тормозные колодки выделяют газы в первые несколько торможений, когда они достигают высокой температуры. В этих случаях точно так же, как и при выгорании колодок, возникает потеря трения, известная как раннее увядание.

Хорошая новость заключается в том, что раннего увядания можно легко избежать, если разогревать колодки до высоких температур в контролируемых условиях, то есть выполнять притирку колодок. Это позволяет двум контактирующим поверхностям перенести слой фрикционного материала друг на друга — с колодки на диск и с диска на колодку — чтобы изначально обеспечить более плотное прилегание и обеспечить оптимальную эффективность торможения.

В отличие от случаев с выгоранием такая равномерная передача фрикционного материала полезна после установки новых колодок. 

Деградация тормозной жидкости.Чтобы тормоза работали правильно и педаль тормоза оставалась упругой, тормозная жидкость должна оставаться несжимаемой. Однако в случае закипания тормозной жидкости от длительного или сильного торможения любая содержащаяся в ней влага также будет кипеть и превращаться в пар.

Поскольку пар сжимается легче, чем жидкость, педаль тормоза в итоге будет опускаться до пола, что приведет к снижению или даже пропаданию тормозного усилия. В этом случае многократное нажатие педали тормоза поможет частично восстановить тормозное усилие. Но что еще хуже, со временем тормозная жидкость поглощает воду. Когда содержание влаги в жидкости увеличивается, ее точка кипения понижается, что увеличивает риск деградации тормозной жидкости.

Если в автомобиле вашего клиента обнаружилась деградация тормозной жидкости, следует промыть суппорты тормозной жидкостью до тех пор, пока на выходе она не будет чистой.

Предотвращение снижения эффективности работы тормозной системы тормоза

Для мощных автомобилей или автомобилей, перевозящих грузы, больше значение имеет установка компонентов, спроектированных с учетом дополнительных требований к тормозной системе. Возьмем для примера наши тормозные колодки.

На рынке существует более чем 130 различных фрикционных компонентов, и каждый фрикционный материал разрабатывается для транспортного средства с конкретными характеристиками.

В наших тормозных дисках применяются проверенные технологии охлаждения, такие как направленные вентиляционные отверстия и поперечные отверстия, которые улучшают как их охлаждающую способность, так и устойчивость к тепловому удару.

Кроме того, чтобы правильно выполнить притирку колодок и дисков, автомеханики всегда должны выполнять полные ходовые испытания в безопасных условиях с 10 повторными торможениями со 100 километров в час до 30 километров в час при 60-процентном тормозном усилии. Во время этой процедуры старайтесь избегать сильного торможения или активации ABS и никогда не оставляйте ногу на педали тормоза, чтобы избежать полной остановки. 

Существует также несколько простых мер, которые ваши клиенты могут предпринять самостоятельно, чтобы минимизировать риск увядания тормозов и в то же время сэкономить топливо и уменьшить износ тормозных колодок и дисков:

  • Избегайте частого применения тормоза, так как его многократное использование легко может привести к перегреву системы. 
  • По возможности избегайте сильного торможения. 
  • Передвигайтесь медленнее — чем быстрее вы едете, тем большую работу придется совершать вашим тормозам.
  • Прогнозируйте необходимость замедления.
  • Уменьшите перевозимый вес — чем больше вес автомобиля, тем больше тормозам нужно будет работать, чтобы его остановить.
  • На спусках с горы, особенно при буксировке, переключитесь на пониженную передачу и вместо нажатия на тормоз используйте торможение двигателем. Если этого недостаточно, остановитесь и дайте тормозам остыть.
  • Заменяйте тормозную жидкость в соответствии с рекомендациями изготовителя транспортного средства, чтобы уменьшить риск ее деградации.
  • Не забудьте выполнить притирку колодок, если этого еще не сделали в вашей автомастерской.

Предоставление простых советов, подобных этому, является отличным способом продемонстрировать ваш новый технический опыт и построить долгосрочные отношения с вашими клиентами, которые, как тормоза Delphi Technologies, никогда не устанут.
 

Источник: https://www.delphiautoparts.com/rus/ru/article/snizhenie-effektivnosti-raboty-tormoznoy-sistemy-i-sposoby-ego-predotvrascheniya

Высокая турбулентность. Что такое турбулентность и как она возникает? Как турбулентность влияет на пассажиров

Многие люди не любят пользоваться таким транспортным средством, как самолет. У каждого на этот счет свое мнение, но объединяет их обычно одно. Что? Конечно же, страх. Он может возникнуть по самым разным причинам. Некоторые люди боятся разбиться, другие ненавидят попадать в зоны турбулентности. Кроме того, многие и вовсе считают такой способ передвижения слишком дорогим.

Что такое турбулентность?

И все же есть люди, которые обожают летать. Когда же они попадают в зоны турбулентности, как правило, возникает вопрос о том, вредно ли это. Наслаждаться полетом, чувствовать адреналин при взлете или же посадке — это одно, но когда тело трясет (и не всегда легонько и безопасно), возникают различные доводы и предположения. Итак, что же такое турбулентность и как она сказывается на здоровье человека?

Часто в народе турбулентность называют «болтанкой». Простыми словами, это разного рода колебания самолета, которые возникают в результате вихревых потоков ветра, нисходящих и восходящих. Помимо этого, маленькая зона турбулентности может возникнуть из-за некоторых Как правило, самолет выдерживает такие нагрузки, и пассажиры могут почувствовать лишь небольшое покачивание.

В чем опасность турбулентности?

Каждый пилот заботится о своем самолете и пассажирах. Поэтому он пытается избежать малейшей опасности. Так, пилот избегает зоны облаков. Но бывают случаи, когда самолет попадает в такие потоки воздуха, которые способны бросить его на закритические углы атаки. Как следствие, всё транспортное средство может оказаться под угрозой. Именно поэтому пилот никогда сознательно не полетит в грозовые облака. Такие объекты хорошо видны на локаторе и предупреждают о возможных препятствиях.

Таким образом, зона турбулентности — это не поддающееся прогнозам явление. Оно вызвано скоплением и порой может не отображаться на локаторе пилота. Как следствие, от этого никто не застрахован.

Безопасность прежде всего!

Нельзя точно сказать, опасна ли турбулентность. Все зависит от потоков воздуха. Стоит отметить, что перед началом рейса каждый пилот проходит специальную подготовку. В ходе нее он ознакамливается с погодой и выбирает оптимальный маршрут.

Но также бывают ситуации, когда спланировать или спрогнозировать маршрут невозможно. Когда летишь на самолете больше восьми часов, предугадать изменение погоды просто нереально. Тогда стоит полагаться только на отличные навыки и внимательность пилота. Помимо этого, защитить самолет от неприятностей может специальное оборудование, которое смягчит болтанку.

Другие причины турбулентности

Отметим, что одной из возможных причин образования зоны турбулентности могут стать струйные течения. Их суть заключается в том, что они могут изменяться очень быстро и в разные стороны, то есть в горизонтальном или вертикальном направлениях. Особенностью таких течений является то, что они могут тянуться на несколько сотен тысяч километров. Чаще всего их можно встретить у востока США.

Благодаря плотному трафику в небе самолет может избежать той или иной зоны турбулентности. В иных случаях явление может негативно повлиять на человека и средство передвижения в целом. Очень важно, чтобы попутные самолеты выдерживали определенное расстояние между собой. Во-первых, это необходимо для того, чтобы они не столкнулись, а во-вторых, это помогает уменьшить риск попадания в зону турбулентности.

Многие люди считают, что болтанка возникает в результате ошибки пилота или его непрофессионализма. Это совершенно ошибочное предположение! Самолет очень часто движется на автопилоте, и главная задача командующего — это наблюдать за локаторами в кабинке и за другими приборами.

Данная функция отключается в случае сильной тряски, которая возникает при попадании в зону турбулентности. Тогда пилот руководит самолетом вручную. И как сильно будет трясти воздушное судно, зависит только от него самого. Чем больше масса воздушного судна, тем ощутимей будут толчки.

Помимо вышеперечисленных причин, встречается еще и другая. Например, снижаясь, самолет может столкнуться с сильным вихрем, порывом ветра. Но и об этом не стоит слишком беспокоиться, так как в наше время разработаны специальные нормативы и параметры полета в период болтанки, которые позволяют избежать неприятностей. Если они не помогают, тогда в обязанности пилота входит посадить самолет в ближайшем аварийном аэродроме.

Какие бы зоны турбулентности ни встретились на пути у пассажиров, никогда не стоит преждевременно паниковать. Да, не будем отрицать, что такое явление не стоит недооценивать. В лучшем случае перед полетом каждому человеку необходимо немножко подготовиться, прислушавшись к рекомендациям профессионалов и прочитав необходимую литературу.

Но один вопрос все же интересует всех пассажиров: «В чем опасность турбулентности?» Поспешим успокоить всех людей, которые страдают аэрофобией: болтанка может немного напугать, но за 120 лет истории авиации не произошло ни одной катастрофы, причиной которой была бы или могла бы быть турбулентность. Все потому, что пилоты прекрасно знают, как реагировать и вести себя в таких ситуациях. А также сегодня существует масса параметров, нормативов, техник, которые помогают избежать неблагоприятной ситуации.

Турбулентность: опасность или страх?

Причин феноменального явления очень много: завихрение от торцов крыльев, неравномерное прогревание воздуха, встреча воздушных масс, температура которых различается, и многое другое. Но это лишь незначительные факторы, которые могут привести к болтанке.

Так или иначе, избежать ее намного легче, чем попасть в эпицентр событий. Будьте уверены, ни один пилот не направит свой самолет в опасное место! Небольшая тряска не должна восприниматься как тревожный знак и угроза для безопасного полета.

Вред турбулентности — всего лишь миф, который в условиях развития передовых технологий не может навредить человеку.

Очень многие пассажиры пугаются, когда самолёт в воздухе начинает трясти, то есть когда по тем или иным причинам появляется «болтанка» или турбулентность, если по-научному.

Турбулентность — это естественное явление в авиации, точно также, как качка в море, как тряска автомобиля на неровной или ухабистой дороге.

Если в море вы можете видеть волны, на дорогах — заплатки или ямы, то в небе часто этого ничего не видно, но на самом деле оно тоже совсем не однородно.

Что происходит в небе?

В воздухе постоянно происходит много различных процессов — движутся разные воздушные потоки и струйные течения, скорость которых иногда может достигать до 300 км/час, а то и больше. Образуются зоны разного атмосферного давления. Одни воздушные массы сменяются другими, возникают метеорологические фронты — от холодного, тёплого до смешанного.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как узнать где плюс и минус у блока питания

Каждый день в атмосфере изменяется температура и давление. Обычно с ростом высоты и то, и другое должно уменьшаться, но бывает и наоборот. Сила и направление ветра тоже постоянно варьируются. Иногда можно видеть, как облака на разных высотах движутся в противоположные стороны.

Всё это в целом делает атмосферу либо стабильной, либо нестабильной, создавая условия для появления разных погодных явлений, в том числе и турбулентности.

Источник: https://crimeafilm.ru/vysokaya-turbulentnost-chto-takoe-turbulentnost-i-kak-ona.html

Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Энергия – скалярная величина. В системе СИ единицей измерения энергии является Джоуль.

Кинетическая и потенциальная энергия

Различают два вида энергии – кинетическую и потенциальную.

Потенциальная энергия в поле тяготения Земли – это энергия, обусловленная гравитационным взаимодействием тела с Землей. Она определяется положением тела относительно Земли и равна работе силы тяжести по перемещению тела из данного положения на нулевой уровень:

Потенциальная энергия упруго деформированного тела – энергия, обусловленная взаимодействием частей тела друг с другом. Она равна работе внешних сил по растяжению (сжатию) недеформированной пружины на величину :

Тело может одновременно обладать и кинетической, и потенциальной энергией.

Полная механическая энергия тела или системы тел равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела (системы тел):

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/mexanika/dinamika/zakon-soxraneniya-energii/

Принцип наименьшего действия. Часть 1

Когда я впервые узнал об этом принципе, у меня возникло ощущение какой-то мистики. Такое впечатление, что природа таинственным образом перебирает все возможные пути движения системы и выбирает из них самый лучший. Сегодня я хочу немного рассказать об одном из самых замечательных физических принципов – принципе наименьшего действия.

Предыстория

Со времен Галилея было известно, что тела, на которые не действуют никакие силы, двигаются по прямым линиям, то есть по кратчайшему пути. По прямым линиям распространяются и световые лучи.

При отражении свет также двигается таким образом, чтобы добраться из одной точки в другую кратчайшим путем. На картинке кратчайшим будет зеленый путь, при котором угол падения равен углу отражения. Любой другой путь, например, красный, окажется длиннее.

Это несложно доказать, просто отразив пути лучей на противоположную сторону от зеркала. На картинке они показаны пунктиром.

Видно, что зеленый путь ACB превращается в прямую ACB’. А красный путь превращается в изломанную линию ADB’, которая, конечно длиннее зеленой.

В 1662 Пьер Ферма предположил, что скорость света в плотном веществе, например, в стекле, меньше, чем в воздухе. До этого общепринятой была версия Декарта, согласно которой скорость света в веществе должна быть больше, чем в воздухе, чтобы получался правильный закон преломления.

Для Ферма предположение, что свет может двигаться в более плотной среде быстрее, чем в разреженной казалось противоестественным.

Поэтому он предположил, что все в точности наоборот и доказал удивительную вещь – при таком предположении свет преломляется так, чтобы достичь место назначения за минимальное время.

На рисунке опять, зеленым цветом показан путь, по которому в действительности двигается световой луч. Путь, отмеченный красным цветом, является кратчайшим, но не самым быстрым, потому что свету приходится больший путь проходить в стекле, а в нем его скорость меньше. Самым быстрым является именно реальный путь прохождения светового луча.

Все эти факты наводили на мысль, что природа действует каким-то рациональным образом, свет и тела двигаются наиболее оптимально, затрачивая как можно меньше усилий. Но что это за усилия, и как их посчитать оставалось загадкой.

В 1744 Мопертюи вводит понятие «действия» и формулирует принцип, согласно которому истинная траектория частицы отличается от любой другой тем, что действие для неё является минимальным. Однако сам Мопертюи, так и не смог дать четкого определения чему равно это действие. Строгая математическая формулировка принципа наименьшего действия была разработана уже другими математиками – Эйлером, Лагранжем, и окончательно была дана Уильямом Гамильтоном:

На математическом языке принцип наименьшего действия формулируется достаточно кратко, однако не для всех читателей может быть понятен смысл используемых обозначений. Я хочу попытаться объяснить этот принцип более наглядно и простыми словами.

Свободное тело

Итак, представьте, что вы сидите в машине в точке AA и в момент времени tA вам дана простая задача: к моменту времени tB вам нужно доехать на машине до точки B.

Топливо для машины дорого стоит и, конечно, вам хочется потратить его как можно меньше. Машина у вас сделана по новейшим супер-технологиям и может разгоняться или тормозить как угодно быстро. Однако, устроена она так, что чем быстрее она едет, тем больше потребляет топлива.

Причем потребление топлива пропорционально квадрату скорости. Если вы едете в два раза быстрее, то за тот же промежуток времени потребляете в 4 раза больше топлива. Кроме скорости, на потребление топлива, конечно же влияет и масса автомобиля. Чем тяжелее наш автомобиль, тем больше топлива он потребляет. У нашего автомобиля потребление топлива в каждый момент времени равно mv2/2, т.е. в точности равно кинетической энергии автомобиля.

Так как же нужно ехать, чтобы добраться к пункту B к точно назначенному времени и израсходовать топлива как можно меньше? Ясно, что ехать нужно по прямой. При увеличении проезжаемого расстояния топлива израсходуется точно не меньше. А дальше можно избрать разные тактики. Например, можно быстро приехать в пункт B заранее и просто посидеть, подождать, когда наступит время tB.

Скорость езды, а значит и потребление топлива в каждый момент времени при этом получится большой, но ведь и время езды сократится. Возможно, общий расход топлива при этом будет не так уж и велик. Или можно ехать равномерно, с одной и той же скоростью, такой, чтобы, не торопясь, точно приехать в момент времени tBt_B. Или часть пути проехать быстро, а часть медленнее.

Как же лучше ехать?

Оказывается, что самый оптимальный, самый экономный способ езды – это ехать с постоянной скоростью, такой, чтобы оказаться в пункте B в точно назначенное время tB. При любом другом варианте топлива израсходуется больше. Можете сами проверить на нескольких примерах. Причина в том, что потребление топлива возрастает пропорционально квадрату скорости. Поэтому при увеличении скорости потребление топлива возрастает быстрее, чем сокращается время езды, и общий расход топлива также возрастает.

Итак, мы выяснили, что если автомобиль в каждый момент времени потребляет топливо пропорционально своей кинетической энергии, то самый экономный способ добраться из точки A в точку B к точно назначенному времени – это ехать равномерно и прямолинейно, точно так, как двигается тело в отсутствие действующих на него сил. Любой другой способ движения приведет к большему общему расходу топлива.

В поле тяжести

Теперь давайте немного усовершенствуем наш автомобиль. Давайте приделаем к нему реактивные двигатели, чтобы он мог свободно летать в любом направлении. В целом конструкция осталась той же, поэтому расход топлива опять остался строго пропорционален кинетической энергии автомобиля.

Если теперь дано задание вылететь из точки A в момент времени tA и прилететь в точку B к моменту времени tB, то наиболее экономичный способ, как и прежде, конечно, будет лететь равномерно и прямолинейно, чтобы оказаться в точке В в точно назначенное время tB.

Это опять соответствует свободному движению тела в трехмерном пространстве.

Однако, в последнюю модель автомобиля установили необычный аппарат. Данный аппарат умеет вырабатывать топливо буквально из ничего. Но конструкция такова, что чем выше находится автомобиль, тем больше топлива в каждый момент времени вырабатывает аппарат.

Выработка топлива прямо пропорциональна высоте h, на которой в данный момент находится автомобиль. Также, чем тяжелее автомобиль, тем более мощный аппарат на нем установлен и тем больше топлива он вырабатывает, и выработка прямо пропорциональна массе автомобиля m.

Аппарат получился таким, что выработка топлива точно равна mgh (где g – ускорение свободного падения), т.е. потенциальной энергии автомобиля.

Потребление топлива в каждый момент времени получается равным кинетической энергии минус потенциальной энергии автомобиля (минус потенциальной энергии, потому что установленный аппарат вырабатывает топливо, а не тратит). Теперь наша задача наиболее экономного движения автомобиля между пунктами A и B становится сложнее. Прямолинейное равномерное движение оказывается в данном случае не самым эффективным.

Оказывается, более оптимально — немного набрать высоты, какое-то время там задержаться, выработав побольше топлива, а затем уже спуститься в точку B. При правильной траектории полета общая выработка топлива за счет набора высоты перекроет дополнительные расходы топлива на увеличение длины пути и увеличения скорости.

Если аккуратно посчитать, то самым экономным способом для автомобиля будет лететь по параболе, точно по такой траектории и с точно такой скоростью, с какой летел бы камень в поле тяжести Земли.

Здесь стоит сделать разъяснение. Конечно, можно из точки А кинуть камень многими разными способами так, чтобы он попал в точку B. Но кидать его нужно так, чтобы он, вылетев из точки А в момент времени tA, попал в точку B точно в момент времени tB. Именно это движение будет самым экономным для нашего автомобиля.

Функция Лагранжа и принцип наименьшего действия

Теперь мы можем перенести эту аналогию на реальные физические тела. Аналог интенсивности потребления топлива для тел называют функцией Лагранжа или Лагранжианом (в честь Лагранжа) и обозначают буквой L. Лагранжиан показывает насколько много «топлива» потребляет тело в данный момент времени. Для тела, движущегося в потенциальном поле, Лагранжиан равен его кинетической энергии минус потенциальной энергии.

Аналог общего количества израсходованного топлива за все время движения, т.е. значение Лагранжиана, накопленное за все время движения, называется «действием».

Принцип наименьшего действия состоит в том, что тело двигается таким образом, чтобы действие (которое зависит от траектории движения) было минимальным. При этом не нужно забывать, что заданы начальное и конечное условия, т.е. где тело находится в момент времени tA и в момент времени tB.

При этом тело не обязательно должно двигаться в однородном поле тяготения, которое мы рассматривали для нашего автомобиля. Можно рассматривать совершенно другие ситуации. Тело может колебаться на резинке, качаться на маятнике или летать вокруг Солнца, во всех этих случаях оно движется так, чтобы минимизировать «общий расход топлива» т.е. действие.

Если система состоит из нескольких тел, то Лагранжиан такой системы будет равен суммарной кинетической энергии всех тел минус суммарной потенциальной энергии всех тел. И опять, все тела будут согласованно двигаться так, чтобы действие всей системы при таком движении было минимальным.

Не все так просто

На самом деле я немного обманул, сказав, что тела всегда двигаются так, чтобы минимизировать действие. Хотя в очень многих случаях это действительно так, можно придумать ситуации, в которых действие явно не минимально.

Например, возьмем шарик и поместим его в пустое пространство. На некотором отдалении от него поставим упругую стенку. Допустим, мы хотим, чтобы через некоторое время шарик оказался в том же самом месте.

При таких заданных условиях шарик может двигаться двумя разными способами. Во-первых, он может просто оставаться на месте. Во-вторых, можно его толкнуть по направлению к стенке. Шарик долетит до стенки, отскочит от нее и вернется обратно.

Понятно, что можно толкнуть его с такой скоростью, чтобы он вернулся в точно нужное время.

Оба варианта движения шарика возможны, но действие во втором случае получится больше, потому что все это время шарик будет двигаться с ненулевой кинетической энергией.

Как же спасти принцип наименьшего действия, чтобы он был справедлив и в таких ситуациях? Об этом мы поговорим в следующий раз.

Пожалуйста, оцените статью:

Источник: http://www.nanonewsnet.ru/news/2018/printsip-naimenshego-deistviya-chast-1

Что такое диод простыми словами — Электрогенератор

Здравствуйте друзья!  Каждый день мы встречаем огромное число людей, людей с которыми мы общаемся, живем, учимся или ходим не работу. Готов поспорить что как минимум половина людей с которыми вы общаетесь имеет смутное представление о диодах, и это не смотря на то  что понятие диодов входит в школьную программу .

Возможно что такое понятие как диодный мост вызывает точно такие же ассоциации как и Бруклинский.  Я все-таки думаю, что эта статья в какой-то степени уменьшит подобные ассоциации в головах людей и принесет чуточку понимания, по крайней мере я на это надеюсь.

Ну что? Заинтересовал? Тогда поехали.

О чем сегодня статья

Как вы наверное поняли из вступления сегодняшняя статья  будет ориентирована на новичков. И сегодня я освещу сакральную тему, свет которой будет освещать  полупроводниковые приборы под названием диоды.

Как работает диод

Как работает диод? Многих новичков интересует данный вопрос и многие учителя в школах и вузах начинают чертить на доске электрические схемы и временные диаграммы.  Я считаю что это полная фигня, так  как пока ты  не получишь практический опыт ты не достигнешь полного понимания и весь наукоемкий фарш останется лишь непонятными каракулями на доске.

Так что же я этим хочу сказать? А сказать я хочу,что нужно просто брать в руки паяльник и идти вперед —  превращать теорию в ценный практический опыт!

Хорошо, а теперь обсудим немного теорию.

На электрических схемах диоды изображаются как равнобедренный  треугольник на одной из вершин которого размещается черточка. Это словесное описание условного  графического обозначения диода (принятое сокращение УГО). Графически  это обозначение выглядит вот так.

У диода всего два вывода и обозначаются они катод и анод.  На условном обозначении диода вывод катода всегда обозначен «палочкой», а треугольник можно представить как стрелка указывающая на черточку катода.

Впрочем так диоды обозначаются на электрических схемах.  В жизни диоды могут быть разными, к примеру могут быть как на этих картинках.

Как определить на каком выводе у диода анод, а на каком катод? В принципе это можно определить визуально, по маркировке.

Как правило катод на корпусе диода обозначается полоской, точкой или чертой. Если сомневаетесь то катод и анод можно определить с помощью мультиметра. О том как пользоваться мультиметром  и в частности как проверить диод мультиметром я писал здесь, так что почитаете и разберетесь — ничего сложного.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что является определением термина двойная изоляция

Диоды примечательны тем, что обладают односторонней проводимостью. Это значит что электрический ток «потечет» через диод только в том случае если к аноду приложить  плюс (более положительный потенциал ) а к катоду приложить минус (более отрицательный  потенциал). В обратной ситуации у вас ничего не получится. Подобное поведение диода определяется таким понятием как ВАХ.

Что означает ВАХ диода?

ВАХ диода это просто напросто вольтамперная характеристика диода. Она описывает зависимость тока от напряжения прикладываемого к диоду.  Давайте рассмотрим это обстоятельство чуток подробнее.

Слева у нас показан вольтамперной характеристики для резистора. Как видите, зависимость тока от напряжения линейная, чем больше напряжение приложенное к резистору  тем больше ток.

Для диода кривая зависимости явно отличается. Если мы подключим к аноду положительный потенциал, а к катоду отрицательный  и будем плавно повышать напряжение то будет происходить следующее. Ток в начальный момент времени будет очень мал поэтому диод еще не будет открыт по полной. Но если мы будем прибавлять напряжение то это приведет к полному открытию диода.

Хорошо, а что же случится если мы подключим диод иначе? Положительный потенциал приложим к катоду, а отрицательный к аноду. В этом случае график ВАХ диода у нас буквально перевернется и картина будет следующая. При плавном повышении напряжения ток будет повышаться, но величина тока будет настолько незначительной, что им зачастую пренебрегают. Этот ток при обратном подключении называют еще током утечки.

Только есть здесь один нюанс.  Если мы будем и дальше повышать обратное напряжения на диоде, то можно добиться резкого повышения тока. На вольтамперной характеристике этот момент выглядит в виде небольшого «хвостика» причудливо оттопыренного в конце.

Это так называемый обратимый пробой диода. Такой пробой не страшен, если напряжение уменьшить то ток снова уменьшится и будет вновь очень незначительным.

Явление подобного обратимого пробоя является  побочным и  для диода его всегда стараются сводить к минимуму.

Как видите всю эту информацию мы получили лишь используя график ВАХ, но будет полезно все это проверить своими руками на практике. Действительно, соберите несложную схему и  сделайте несколько замеров мультиметром, это пойдет на пользу. Вот только диод нужно уметь правильно подключать, ато ведь его легко можно пожечь, так что читайте дальше -поведаю обо всем.

Для чего используют диоды и как включать в цепь?

О том как функционирует диод мы поговорили, вот только пока непонятно как его можно применять и вообще для чего все это.

Для начала рассмотрим простейший пример включения диода в электрическую цеп, причем в переменке. 

И для начала простой вопрос, зачем здесь резистор? Внимательный читатель посмотрит вольтамперную характеристику диода и все станет ясно. Ток в диоде без дополнительной нагрузке начнет очень быстро расти, возникнет подобие короткого замыкания от чего диоду может не поздоровиться. Дабы не произошло подобного конфуза применяют токоограничивающий резистор.

Свойство односторонней проводимости диода применяется не просто широко а повсеместно. В состав любого блока питания входят диоды как сами по себе так и в составе диодного моста.

Ведь в любом блоке питания происходит один очень важный момент, а именно происходит превращение переменного тока в постоянный. А вот эту ответственную миссию берут на себя именно диоды.

Полное превращение мы рассмотрим когда будем обсуждать диодные мосты, но как ведет себя диод в переменном токе мы сейчас увидим. Схема все та же что и была, диод и резистор включенные в цепь переменного тока.

Вот вам наглядный пример в виде временной диаграммы зависимости тока от напряжения до и после применения диода.

Как видите произошел очень интересный момент, нижние полупериоды диод просто срезал, оставив холмики положительной полярности.  Это уже более похоже на постоянку, можно еще кстати использовать конденсатор для лучшего сглаживания.

Хотя диод и справляется с задачей выпрямления переменного тока, все-таки с этой задачей диодный мост справится лучше, кстати диодный мост мы сейчас и рассмотрим.

Как построить  диодный мост?

При использовании одиночного диода в целях выпрямления переменки остаются ощутимые провалы в диаграмме. Этого нужно как-то избегать, а вот избежать этого явления нам поможет диодный мостик.

Диодный мост это не один диодик а целых четыре, включенных специальным образом. На электрических схемах додные мосты выглядят вот таким незамысловатым образом.

Кликните чтобы увеличить

И диодный мост отчасти позволяет решить проблему провалов, возникающую при использовании одиночного диода.

Как видите диодный мост работает на каждом полупериоде синусоиды, организуя такие холмики положительной полярности. Это уже более похоже на постоянку, хотя постоянный здесь только знак  положительного потенциала. О постоянном напряжении здесь пока говорить рано.

Далее вид выходного напряжения еще можно будет скорректировать используя стабилитрон и конденсатор. Правда о конденсаторах мы сегодня разговаривать не будем, а как работает стабилитрон рассмотрим в следующих статьях так что не пропустите и обязательно подпишитесь.

Ну чтож, на этом у меня все, поэтому я буду закругляться и пойду готовить материалы для новых статей. Также очень советую подписаться через форму Email рассылок, тогда вы точно ничего не пропустите и более того каждый подписчик получит от меня подарок.

Желаю вам удачи , успехов и до новых встреч.

С н/п Владимир Васильев.

Источник: https://awt54.ru/elektroenergiya/chto-takoe-diod-prostymi-slovami.html

Что такое ветрогенератор

В этой статье мы постараемся дать ответ на вопрос читателям портала alter220.ru- что же такое ветрогенератор,  в чем заключается его работа и отличия.

Ветрогенератор – это техническое устройство, посредством которого кинетическая энергия ветра преобразуется в электрическую энергию, для использования потребителями.

Принцип действия

В соответствии с нижеприведенной схемой, принцип работы ветрового генератора можно описать следующим образом:

  • под воздействием воздушных потоков (№1 на схеме), ротор «А» и лопасти «В», закрепленные на нем, приводятся во вращательное движение;
  • вращательное движение (№2 на схеме) ротора «А» передается на ведущую ось «С» и редуктор «D» (коробка передач);
  • с редуктора «D», вращательное движение передается на электрический генератор «G», в обмотках которого, вырабатывается электрический ток.

Виды устройств

Ветрогенераторы различаются по конструкции, способу установки и монтажа, и у каждого вида есть свои достоинства и недостатки, они бывают:

С горизонтальной осью вращения

Ось ротора и ведущая ось расположены параллельно поверхности земли.

Бывают однолопастные (№1), двухлопастные (№2), трехлопастные (№3) и многолопастные (№4), с количеством до 50 штук.

Достоинства данного вида:

Недостатки:

  • Необходимость в ориентации по направлению воздушных потоков;
  • Необходимость монтажа высокой конструкции для установки устройства, причем, чем выше мощность агрегата, тем выше должна быть конструкция (мачта);
  • Необходимость устройства фундамента для монтажа мачты, что приводит к удорожанию монтажных работ;
  • Высокий уровень шума в процессе эксплуатации;
  • Потенциальная опасность для птиц и иных летающих организмов.

С вертикальной осью вращения

Ось вращения расположена вертикально по отношению к поверхности земли.

Данный вид устройств можно разбить на несколько групп, это:

Данная конструкция состоит из нескольких полуцилиндров. При этом ось постоянно вращается, вне зависимости от потоков ветра и их интенсивности.

Достоинства конструкции:

  • Высокая технологичность конструкции;
  • Значительный пусковой крутящий момент;
  • Способность работать при малых воздушных потоках.

Недостатки:

  • Низкая эффективность работы лопастей;
  • Значительная потребность в материалах при изготовлении.

С ротором Дарье

В данной конструкции, на оси вращения закреплены несколько лопастей, представляющих из себя плоскую полосу. На схеме приведены следующие виды данного типа устройств:

1 – классический вариант ротора Дарье.

2 – ротор Дарье тина Н (ортогональным ротором).

3 – винтообразный ротор Дарье (с гелиокоидным ротором).

Достоинства конструкции:

  • Нет необходимости в ориентации на воздушные потоки;
  • Простота изготовления лопастей;
  • Простота и удобный способ обслуживания.

Недостатки:

  • Низкий КПД установок;
  • Непродолжительные межремонтные циклы опорных узлов и элементов конструкции;
  • Имеют слабую способность к самозапуску, при наличии двух лопастей, при равномерных потоках ветра.

С геликоидный ротором

Является модификацией устройств с ротором Дарье. На выше приведенной схеме — №3.

Достоинства конструкции:

  • Более продолжительные сроки эксплуатации, в сравнении с классическим вариантом ротора Дарье;
  • Менее значительная нагрузка на опорные узлы и механизмы.

Недостатки:

  • Более высокая стоимость в сравнении с классическим вариантом;
  • Более трудоемкий и сложный процесс изготовления лопастей.

С многолопастным ротором

Является модификацией устройств с ротором Савоуниса. В данной конструкции присутствуют два ряда лопастей. Первый ряд — неподвижный, он захватывает воздушный поток и сжимает его, в связи с чем скорость воздушного потока увеличивается. После этого поток воздуха поступает на второй ряд, работающий по принципу ротора Савоуниса.

Достоинства конструкции:

  • Высокая эффективность в работе;
  • Способность работать при малых потоках ветра.

Недостатки:

С ортогональным ротором

Данная конструкция является основой выше приведенных — ось вращения располагается вертикально, к ней прикреплены несколько лопастей, расположенных параллельно оси и удаленных от нее на определенное расстояние.

На выше приведенной схеме это №2 – ротор Дарье тина Н.

Достоинствами конструкции:

  • Отсутствие механизмов ориентации по ветровым потокам;
  • Простота в эксплуатации и обслуживании.

Недостатки:

  • Непродолжительные межремонтные циклы опорных узлов и элементов конструкции.

Работающие на водяных каплях

Эта конструкция еще промышленно не производится. В ее состав входит металлическая рама, внутри контура которой, горизонтально размещены изолированные трубки. В каждой трубке имеются специальные сопла и электроды. Принцип действия основан на генерировании и накоплении энергии с помощью капель воды, которые выходят из специальных сопел.

Капли воды положительно заряжены, и под воздействием ветровых потоков они сносятся к положительно заряженным электродам. Это приводит к увеличению потенциальной энергии положительно заряженной капли. Электроэнергия получается, когда капли воды попадают на положительно заряженный электрод.

Ветрогенератор – парус

Генератор данного типа внешне напоминает спутниковую антенну. Для монтажаиспользуется мачта, как и в случае с ветряками, имеющими горизонтальную ось вращения. А также эти конструкции похожи и по ориентации в воздушных потоках – используется хвостовик, благодаря чему «тарелка», постоянно находится в плоскости перпендикулярной направлению ветра.

«Парус» закреплен и растянут на круглой раме и под воздействием ветра совершает колебательные движения. Эти движения, посредством системы тяг, передаются на поршни гидравлической системы, в которой механическая энергия колебаний преобразуется в давление жидкости. Гидравлическое давление жидкости преобразуется во вращательное движение привода, к которому подсоединен электрический генератор, вырабатывающий электрически ток.

Достоинствами конструкции являются:

  • Способность работать при малой скорости ветра;
  • Малый вес конструкции;
  • Ремонтопригодность и простота обслуживания;
  • Экологическая безопасность устройств;
  • Простота монтажа

Недостатки:

  • При использовании на территориях, где сильные ветра, основные преимущества пред прочими конструкциями, теряют свою актуальность.

Как выбрать ветровой генератор

Для того чтобы выбрать ветрогенератор необходимо:

  1. Рассчитать установленную мощность электрических приборов, которые планируетсяподключить к данному источнику энергии.
  2. Исходя из полученных значений мощности и среднегодовой скорости ветра, в регионе установки агрегата, определяется мощность генератора. Мощность следует взять с учетом коэффициента запаса, в расчете на рост нагрузок и дабы не перегружать устройство, во время пиковых нагрузок.
  3. Следует учитывать особенности климата в месте монтажа устройства, т. к. осадки негативно влияют на производительность генератора. Учесть климатические особенности места проживания.
  4. Определить КПД установки – это один из важнейших показателей.
  5. Узнать показатели работы генератора в отношении шума, производимого в процессе работы.
  6. Провести сравнительный анализ различных типов генераторов по всем характеристикам и параметрам.
  7. Ознакомиться с отзывами пользователей подобных установок.
  8. Сделать анализ отечественных и зарубежных производителей, изучить отзывы об этих предприятиях.

Популярные модели и марки

В настоящее время ветровые генераторы выпускают как отечественные производители, так и зарубежные.

Среди отечественных моделей наибольшим спросом пользуются:

  • EnergyWind, с горизонтальной осью вращения, мощность от 1,0 до 10,0 кВт.

Среди зарубежных моделей, широко распространены ветровые генераторы:

  • Zonhan Windpower Co, Ltd (Китай), с горизонтальной осью вращения, мощностью от 0,3 до 5,0 кВт;
  • Bekar Europe GmbH (Германия), с вертикальной осью вращения, мощностью от 0,5 до 60,0 кВт.

Средние цены

Стоимость ветряных генераторов зависит от конструкции, мощности, страны и фирмы производителя.

Стоимость рассмотренных выше моделей составляет:

  • EnergyWind, в зависимости от мощности (от 1,0 до 10,0 кВт), составляет от 68000,00 до 650000,00 рублей, соответственно.
  • Exmork от копании Zonhan Windpower Co, Ltd (Китай), в зависимости от мощности (от 0,3 до 5,0 кВт), составляет от 30000,00 до 260000,00 рублей, соответственно.
  • Bekar, в зависимости от мощности (от 0,5 до 60,0 кВт), составляет от 43000,00 рублей.

Плюсы и минусы

К достоинствам использования энергии ветра, а соответственно и ветровых генераторов,относятся следующие:

  • Энергия ветра – это возобновляемая энергия, обладающая неисчерпаемостью ресурсов;
  • Экологичность энергетического ресурса и процесса производства электрической энергии;
  • Способность быстрого выполнения монтажа установок и обеспечения потребителей электрической энергией;

К недостаткам можно отнести следующие:

  • КПД установок зависит от времени года, погодных условий и региона монтажа агрегата;
  • Высокий уровень шума при работе агрегатов;
  • Опасность для пернатых обитателей региона, где установлен ветровой генератор;
  • При промышленном производстве электрической энергии, при использовании ветровых генераторов, требуются значительные площади земли.

Развитие ветроэнергетики

В связи с возрастающей потребностью в энергоресурсах, а также с уменьшением запасов обычных энергоносителей, развитие зеленой энергетики, становится все более актуальным.

Ученые и инженеры разных стран разрабатывают новые модели ветроустановок, с цельюувеличения доли положительных свойств агрегатов и минимизирования отрицательных.

Такими примерами могут служить плавающие и парящие ветрогенераторы. Плавающие устанавливаются далеко от берега и занимают земельные участки, их работа является наиболее эффективной благодаря постоянству морских ветров. Эффективны и парящие генераторы, т. к., чем выше он поднят над поверхностью земли, тем больше скорость ветра.

Доля электрической энергии, производимой ветряными электростанциями, постоянно растет. Это происходит как в нашей стране, а так и во всех, технически развитых странах.

В России, в перспективе, планируется что доля вырабатываемой электрической энергии ветровыми электростанциями, составит около 30%, от всего производства электроэнергии в стране.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:Рубрика «Энергия ветра»

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Источник: https://alter220.ru/veter/chto-takoe-vetrogenerator.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электро Дело