Что происходит с P=F×vP=F×vP = F×v для автомобиля, движущегося по поверхности без трения и в вакууме?

Поскольку автомобили работают за счет трения, я предполагаю, что вы имеете в виду систему без какого-либо сопротивления, а не без трения. Чтобы 100% мощности двигателя шло на увеличение КЕ автомобиля.

Для этого сценария предположим, что двигатель мощностью 200 л.с. работает на полную мощность и создает на колесах 2000 Н.

К сожалению, мы не можем сделать это с реальным двигателем. Для любого реального двигателя способность развивать силу/крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости. На самом деле, вы можете использовать скорость и мощность, чтобы найти максимальную силу на этой скорости.

На высокой скорости двигатель по-прежнему сможет разогнать автомобиль, но с постоянно уменьшающимся усилием/крутящим моментом.

Но мой вопрос здесь о физических величинах, а не об истинных возможностях ДВС. Другими словами, чтобы упростить задачу, возьмем ракету мощностью 200 л.с., производящую 2000 Н.

Это не ограничение двигателя внутреннего сгорания (или любого другого двигателя). Это ограничение того, как создается сила. У вас есть только два варианта создания силы:

• Вы толкаете какую-то внешнюю массу (например, землю)
• Ты толкаешь какую-то массу, которая у тебя есть (ты ракета)

Мой ответ выше ограничен первым случаем. По мере того, как ваша скорость увеличивается относительно реактивной массы, ваша способность создавать крутящий момент уменьшается. Неважно, ДВС это, электродвигатель, пружина или что-то еще.

Если вы берете с собой реактивную массу, то вы производите постоянную силу, а не постоянную мощность. Но поначалу ваша система ужасно неэффективна с энергетической точки зрения. Если в первом случае вся энергия двигателя может уйти в КЭ автомобиля, то в случае ракеты большая часть энергии уходит в КЭ выхлопа.

На больших скоростях (когда ракета движется со скоростями, близкими к скорости истечения) дополнительная мощность возникает за счет того, что уменьшается КЭ теперь уже разогнанного топлива по мере его выхода из ракеты.

Ракета может производить постоянную тягу, но не постоянную мощность. Мощность будет меняться по мере ускорения.

Вот еще один способ подумать об этом: передачу от вашего силового агрегата (двигателя) к вашей реактивной массе (земле) можно рассматривать как подвижный рычаг.

У вас есть выбор с помощью рычага: вы можете укоротить рычаг, чтобы он создавал высокую скорость, но уменьшал прилагаемое усилие, или вы можете удлинить рычаг, чтобы он производил более низкую скорость, но увеличивал прилагаемое усилие.

По мере того, как ваша скорость относительно реактивной массы увеличивается, вы должны больше смещать рычаг в сторону «скорости», что уменьшит приложенную силу. В автомобиле это происходит через шестерни в трансмиссии, но верно независимо от применяемого метода.

Для этого сценария предположим, что двигатель мощностью 200 л.с. работает на полную мощность и создает на колесах 2000 Н.

200 л.с. - это примерно 150 кВт, поэтому я просто собираюсь использовать это для этого ответа.

Потому что$P=F\cdot v$если указать оба$P$и$F$то возможен только один$v$. В этом случае$P=150\text{ kW}$и$F=2\text{ kN}$подразумевает$v=75\text{ m/s}$. Никакая другая скорость, ни выше, ни ниже, не может соответствовать этой комбинации мощи и силы.

Если автомобиль продолжает разгоняться с максимальной мощностью, то сила обязательно будет уменьшаться по мере увеличения скорости. В идеализированных условиях, которые вы перечислили, вы можете продолжать ускоряться бесконечно, но с постепенно меньшей силой и меньшими ускорениями. Это прямо следует из$P=F\cdot v$

Я отмечаю, что в вашем вопросе говорится, что машина

движение по поверхности без трения и в вакууме

Вернемся на минутку к работе: формулировка работы такова:$W = F\cdot{d}$

при этом в вашей ситуации это означает "дополнительное расстояние, пройденное автомобилем за счет потребляемой мощности двигателя в течение определенного интервала времени"

Исходя из этого определения, мощность$P$есть «Дополнительная скорость, придаваемая автомобилю силой$F$", т.е.

$P = {F\cdot d \over{t}}$

Следовательно, выражение$P = F \cdot v$означает власть$P$необходимо$\underline{increase}$скорость автомобиля с применением силы$F$, это сила$F$умноженный на$\underline{additional}$скорость, придаваемая автомобилю в течение заданного интервала времени.

Теперь, если мы упростим ситуацию и скажем, что трение в двигателе не увеличивается, то даже тогда двигатель не сможет разогнать автомобиль выше определенной скорости из-за химических ограничений: для сгорания топлива требуется минимальное время. -воздушная смесь в цилиндрах двигателя.

Обратите внимание, что в реальном мире для поддержания скорости потребуется сила, потому что сопротивление воздуха, трение и т. д. пытаются замедлить автомобиль с выходной «мощностью», равной входной мощности силы, используемой для поддержания этой скорости. скорость.