Номер 3, страница 148 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 36. Двигатель внутреннего сгорания. Задание 34 - номер 3, страница 148.

Условие.

3*. Размер махового колеса зависит от числа цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Предположите, какова эта зависимость. Чем она обусловлена?

Решение.

Предполагаемая зависимость размера (массы и момента инерции) махового колеса от числа цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — обратная. То есть, чем больше цилиндров в двигателе, тем меньше и легче может быть маховик, и наоборот, чем меньше цилиндров, тем массивнее и больше он должен быть.

Эта зависимость обусловлена основной функцией махового колеса и характером работы поршневого ДВС.

Обоснование зависимости

Главная задача маховика — сглаживание неравномерности вращения коленчатого вала. Двигатель внутреннего сгорания производит работу не непрерывно, а импульсами — только во время такта рабочего хода в каждом из цилиндров. В остальные такты (впуск, сжатие, выпуск) энергия, наоборот, потребляется для совершения этих процессов. Маховик, обладая большим моментом инерции $\text{J}$, накапливает кинетическую энергию вращения ($E_k = \frac{J\omega^2}{2}$) во время рабочего хода и отдает ее, поддерживая вращение коленвала в остальные такты. Это делает работу двигателя более плавной и стабильной.

Равномерность вращения коленчатого вала напрямую зависит от того, как часто происходят рабочие ходы:

- В одноцилиндровом четырехтактном двигателе рабочий ход происходит всего один раз за два оборота коленчатого вала (720°). Это создает очень большую неравномерность крутящего момента. Чтобы сгладить эти значительные пульсации, требуется очень массивный и большой маховик.

- В четырехцилиндровом двигателе рабочие ходы следуют друг за другом через каждые $720° / 4 = 180°$. Пульсации крутящего момента значительно меньше, так как промежутки между рабочими ходами сокращаются. Соответственно, для их сглаживания нужен маховик с меньшим моментом инерции, то есть он может быть меньше и легче.

- В восьмицилиндровом (V8) двигателе рабочий ход происходит каждые $720° / 8 = 90°$. Рабочие ходы начинают перекрываться, обеспечивая почти непрерывную подачу крутящего момента на коленчатый вал. Неравномерность вращения минимальна, поэтому двигателю требуется лишь относительно небольшой и легкий маховик.

Таким образом, с увеличением числа цилиндров рабочий цикл двигателя становится более сбалансированным и плавным по своей природе. Это снижает требования к маховику как к аккумулятору энергии, что позволяет уменьшить его массу и размеры.

Ответ: Зависимость размера махового колеса от числа цилиндров — обратная. Чем больше цилиндров, тем меньше и легче требуется маховик. Это обусловлено тем, что с увеличением числа цилиндров рабочие ходы происходят чаще и более равномерно, что само по себе сглаживает пульсации крутящего момента. В результате для обеспечения плавной работы двигателя требуется меньшая инерционная масса маховика.