Ответьте на вопросы, страница 96 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему маховик одноцилиндрового двигателя больше, чем у четырехцилиндрового?

2. Почему огнестрельное оружие можно считать двигателем внутреннего сгорания?

1. Почему маховик одноцилиндрового двигателя больше, чем у четырехцилиндрового?

Маховик в двигателе выполняет функцию накопителя и сглаживателя энергии вращения. Его основная задача — обеспечивать равномерность вращения коленчатого вала, компенсируя неравномерность крутящего момента, которая возникает в процессе работы.

В четырехтактном одноцилиндровом двигателе рабочий ход (такт, при котором сгорание топлива создает полезную работу) происходит только один раз за два полных оборота коленчатого вала (то есть за 720° вращения). Остальные три такта (впуск, сжатие, выпуск) являются подготовительными и не производят, а потребляют энергию для своего осуществления. Это приводит к очень большим паузам между импульсами крутящего момента и, как следствие, к сильной неравномерности вращения вала. Чтобы сгладить эти резкие перепады скорости и обеспечить инерцию для прохождения вспомогательных тактов, требуется маховик с очень большим моментом инерции, а значит — массивный и/или большого диаметра.

В свою очередь, в рядном четырехцилиндровом двигателе рабочий ход в каждом из цилиндров происходит со сдвигом по фазе. За те же два оборота коленчатого вала (720°) происходят уже четыре рабочих хода. Таким образом, новый силовой импульс передается на коленчатый вал каждые 180° ($720^\circ / 4 = 180^\circ$). Это обеспечивает гораздо более плавную и почти непрерывную передачу мощности. Паузы между рабочими ходами значительно короче, а импульсы энергии следуют друг за другом без больших перерывов. Поэтому для сглаживания вращения достаточно маховика со значительно меньшим моментом инерции, то есть менее массивного и/или меньшего по размеру.

Ответ: Маховик одноцилиндрового двигателя больше, потому что в нем рабочий ход происходит значительно реже (1 раз за 2 оборота вала), чем в четырехцилиндровом (4 раза за 2 оборота вала). Большой и массивный маховик необходим для накопления достаточного количества кинетической энергии во время единственного рабочего хода, чтобы обеспечить вращение коленчатого вала в течение трех последующих вспомогательных тактов и сгладить сильную пульсацию крутящего момента.

2. Почему огнестрельное оружие можно считать двигателем внутреннего сгорания?

Огнестрельное оружие можно считать частным случаем теплового двигателя внутреннего сгорания (ДВС), так как в нем происходят все ключевые процессы, характеризующие ДВС, хотя и в специфической, одноцикловой форме.

Сравнение с классическим поршневым ДВС:

- Камера сгорания: ее роль выполняет патронник ствола, в котором находится гильза с порохом.

- Топливо и окислитель: порох является твердым топливом, в состав которого уже входит окислитель, что позволяет ему гореть в замкнутом пространстве без доступа воздуха.

- Процесс сгорания: при ударе бойка по капсюлю инициируется быстрая химическая реакция горения пороха. Это и есть "внутреннее сгорание", так как оно происходит внутри двигателя.

- Рабочее тело: в результате сгорания образуется большой объем газов с высокой температурой и давлением. Эти газы являются рабочим телом.

- Поршень и цилиндр: пуля выполняет роль поршня, а канал ствола — роль цилиндра.

- Рабочий ход: под давлением расширяющихся пороховых газов пуля ("поршень") приходит в движение и с огромным ускорением движется по каналу ствола ("цилиндру"). При этом совершается полезная работа — химическая энергия пороха преобразуется в кинетическую энергию пули.

Основное отличие огнестрельного оружия от, например, автомобильного двигателя заключается в том, что это двигатель однократного действия с "открытым циклом". После совершения рабочего хода "поршень" (пуля) и отработанное "рабочее тело" (газы) покидают "цилиндр" (ствол). В нем нет механизма для повторения цикла в автоматическом режиме (как в двигателе автомобиля с тактами впуска-сжатия-выпуска). Тем не менее, фундаментальный принцип преобразования химической энергии в механическую работу посредством внутреннего сгорания полностью соблюдается.

Ответ: Огнестрельное оружие можно считать двигателем внутреннего сгорания, потому что в нем происходит преобразование химической энергии топлива (пороха) в механическую работу (движение пули) за счет энергии расширения горячих газов, образующихся в результате горения внутри замкнутого пространства (патронника и ствола). Пуля при этом выполняет роль поршня, а ствол — роль цилиндра.