Номер 3, страница 92 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

3. Зачем на ось коленчатого вала двигателя насаживают маховик (тяжёлый сплошной диск)?

3. Маховик, или маховое колесо, представляет собой массивный диск, который устанавливается на коленчатый вал двигателя для выполнения нескольких ключевых функций, связанных с его инерционными свойствами.

Основная задача маховика — сглаживание неравномерности вращения коленчатого вала. В поршневых двигателях внутреннего сгорания крутящий момент создается не непрерывно, а импульсами. Например, в четырехтактном двигателе полезная работа совершается только во время одного из четырех тактов — рабочего хода. В остальные такты (впуск, сжатие, выпуск) энергия, наоборот, затрачивается на перемещение поршней и сжатие рабочей смеси.

Эти толчки и паузы приводят к тому, что угловая скорость коленчатого вала постоянно колеблется. Без маховика работа двигателя была бы очень дёрганой, с сильными вибрациями, и он мог бы даже заглохнуть между рабочими ходами.

Маховик, обладая большим моментом инерции ($I$), решает эту проблему. Момент инерции — это мера сопротивления тела изменению его скорости вращения. У сплошного диска он определяется формулой $I = \frac{1}{2}mr^2$, где $m$ — масса, а $r$ — радиус диска. Большая масса и радиус маховика обеспечивают ему значительный момент инерции.

Принцип работы маховика заключается в следующем:

• Во время рабочего хода, когда поршень передает на коленвал мощный импульс энергии, маховик накапливает эту избыточную кинетическую энергию вращения ($E_k = \frac{1}{2}I\omega^2$), незначительно увеличивая свою угловую скорость ($\omega$).
• В течение остальных, "пассивных" тактов, когда коленчатый вал должен был бы замедлиться, маховик по инерции отдает накопленную энергию, поддерживая вращение и сглаживая падение скорости.

Таким образом, маховик действует как механический аккумулятор энергии, выравнивая угловую скорость коленчатого вала и обеспечивая плавную, стабильную работу двигателя. Кроме того, маховик помогает двигателю преодолевать пиковые нагрузки и облегчает его запуск, а в автомобилях с механической коробкой передач он также является частью сцепления.

Ответ: Маховик насаживают на ось коленчатого вала для сглаживания неравномерности его вращения, которая возникает из-за того, что крутящий момент от поршней передается импульсами. Благодаря своему большому моменту инерции, маховик накапливает энергию во время рабочего хода и отдает ее в остальные такты, обеспечивая плавную и стабильную работу двигателя.