2017 / 09
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・こんにちは、今回は圧力について説明いたします。
 圧力とは、力がある面全体に加わるとき、
 面の単位面積に垂直に加わる力の大きさのことです。

 ちょっとわかりにくいと思うのでわかりやすく説明します。
圧力2

 図を見てください。
 密閉された箱の中に水が入っています。
 その状態で、上からふたをして、完全に密閉した状態で、
 ふたを押し下げていきます。
 このとき、水には上から押した力が
 圧力となり水面全体に加わります。

 このときに注意してほしいのは、圧力は水面全体に
 等しくかかることです。
 たとえば、この状態で、ふたをどんどん押し下げていっても、
 水の右側だけが圧力がかかりつぶれるということはありませんよね。
 圧力はすべての面に均等に力がかかります。
 
 このときには、水面だけではなく、
 容器全体全方向に力がかかっています。
 風船に空気をどんどん入れると、
 風船全体が等しく膨らむので、
 一部分が突出して膨らむことはないということです。
 
 次に圧力の公式を表します。

 圧力=力÷面積
 圧力の単位はPa(パスカル)
 力の単位はN(ニュートン)
 面積は㎡

 すなわち1Paは1Nの力を1㎡で受け止めている状態となります。
 式に直すと
 1Pa=1N÷1㎡→1N/㎡となります。

 非常に小さな力となるため、
 自動車関係では1Paの100倍の1kPa(キロパスカル)や
 100万倍の1MPa(メガパスカル)などを用います。

 例題を解いてみましょう。
圧力1

 上記の油圧式ブレーキについて、
 マスタ・シリンダの内径が200mmの場合、
 マスタ・シリンダのピストンを600kPaの力で押すと
 (ブレーキペダルを蹴ってマスタ・シリンダに600kPaの圧力がかかった)
 ホイール・シリンダのピストンには
 何Nの力が発生しますか?
 ただし、円周率は3.14として計算します。

 基本は圧力=力÷面積です。
 まずは単位を直してみましょう
 圧力はPaなのでkPaをPに変換します。
 600kPa→600000Paとなります。
 次に面積は㎡となります。
 なので、mmをmに変換します。
 200mm→20cm→0.2mとなります。

 次にマスタ・シリンダの面積を求めます。
 円の面積は半径×半径×3.14です。
 これを当てはめると
 0.1m×0.1m×3.14=0.0314㎡
 になります。
 
 圧力=力÷面積
 この公式に数値を当てはめます。
 600000=力÷0.0314となるので
 力=600000×0.0314で答えが18840Nとなります。
 ホイール・シリンダには
 18840Nの力がかかるということになるのです。

 圧力の場合は、単位を間違えないように
 注意して計算しましょう。
 以上で圧力の計算は終了となります。
 お疲れさまでした。


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・こんにちは。
 今回は加速度について説明をします。

 車や人だけでなく動く物体は必ずスタートした状態から、
 徐々に加速していき、やがて最高速度に到達します。
 
 どんなに素晴らしい車でも、アクセルを全開に踏んだからと言って、
 ふんだ瞬間から時速180kmになるわけがありません。
 徐々に速度を上げて、やがて最高速度に到達します。
 
 つまり加速度とは、
 1秒間にどれだけの速度が変化したのかを求めることとなります。
 加速度の計算式は
 加速度=終速度(最終的に何km/hなのか)-初速度(計測して一番最初の速度)÷時間
 で求められます。
 自動車の場合は「m/s²」の単位で表示されます。
 一秒間に何メートル加速したかを求めることとなります。



 例題・車が速度を18Km/hから54Km/hに10秒間の間に加速をしました
 次の問いに答えなさい。ただし、加速度は一定である。

1)加速度を求めなさい。
 まず、初速度と終速度を求めます。例題から、
 初速度=18km/h
 終速度=54km/h

 まず、単位を直しましょう。自動車の場合はm/s²なので
 Km(キロメートル)をm(メートル)に、h(時間)をs(秒)に直しましょう。

※先に答えを出してから、単位の変換でも構いません。
 やりやすいほうで試してください。
 求め方は2パターン表示します。


・あとで単位を揃える場合
 まず公式に当てはめましょう。
 54km/h-18km/h÷10秒=3.6となります。
 つまり1秒間に時速3.6km加速したことになります。
 次に単位を揃えます。
 加速度はm表示なのでkmをmに変換します。
 1km=1000mとなります。
 すなわち時速3.6km=秒速1mとなるわけですね
 なので、答えが1m/s²となります


・先に単位を揃える場合

 初速度は18000mを1時間で走れる早さなので、これを秒速に直します。
 1時間=60分=3600秒なので、
 18000÷3600 =5 秒速5mとなります。

 同じように終速度を求めると
 54000÷3600=15 秒速15mとなります。

 次に計算式に当てはめます。 
 15m/s-5m/s÷10秒=1m/s²となります。
 
 計算はやりやすいほうで構いませんが、
 単位を揃えることを忘れないようにしましょう。


2)この10秒間の平均速度を求めなさい
 平均速度は単純に初速度と終速度の平均を求めればよいだけです。
 (18+54)÷2=36km/hとなるわけです。
 
 こちらは平均速度なので、単位はkm/hのままでもかまいません。
 あくまでm/s²は加速度の場合です。


3)上記2)の平均速度での10秒間の走行距離を求めなさい
 まず、平均速度は上の問題で答えたように36km/hとなります。
 これは1時間で36km進めるということになります。

 この走行距離を1時間ではなく10秒間走った場合に置き換えてみましょう。
 まずは、判りやすいように秒速に直してみましょう。
 36km÷3600秒=0.01km/sとなります。
 つまり1秒間で0.01km進めるということです。

 なるべくわかりやすく表わしましょう。
 0.01km=10mとなります。
 更に10秒間で進める距離なので10m/s×10秒=100m
 10秒間で100m進めることになります。 

 単位を間違えないように注意しましょう。
 m/s=秒速何m走れるかの速さの単位です。
 m/s²=1秒間で何m加速したかの加速度の単位です。

 すべての基本は、おそらくみなさんも小中学校の時に習ったと思うこの公式が、
 基本となります。

 道のり=速さ×時間
 時間=道のり÷速さ
 速さ=道のり÷時間

 以上で加速度について終了いたします。
 お疲れさまでした。

・こんにちは。
 今回は排気量と圧縮比について説明します。
 
 まずは排気量について。
 排気行程でマフラから出てくる排気ガスの量を計算しましょう、
 ということです。
 すなわち、1個のシリンダ内に1サイクル中にどれくらいのガスが出るか、
 ということです。ピストンの作用については、3級ガソリン・エンジンから、
 確認してください。
 
 求め方は単純です。シリンダの形は円柱の形をしています。円柱の下部分の円は、
 すなわちピストンの下死点部分。
 円柱の上部分の円は、ピストンの上死点部分。
 つまり排気量とは、ピストン行程を高さとした円柱の体積を求めることです。
コピー ~ uy

 円柱の体積の求め方は、中学生くらいに習ったとおもいます。
 半径×半径×3.14×高さで求められます。

 自動車整備においては、
 円の直径をボア、ないしはシリンダ内径。
 円柱の高さをピストン行程。
 と表現されます。覚えておきましょう。
 あと、計算においては3.14をπと表現はしません。
 ほとんどが3.14で計算して、
 小数点第○部を切り捨て、ないしは四捨五入になります。
 計算機を使ってもよいので、あせらず間違えずに打ち込みましょう。

 排気量は、1つのシリンダから出される排気ガスの量で、
 総排気量は、すべてのシリンダから出される排気ガスの量です。
 単位はすべてcm³で出します。
 
 すなわち、シリンダが4つあったら排気量×4になり、
 シリンダが12個あったら排気量×12となります。
 問題をしっかりと読んで間違えないようにしましょう。
 ※ときどき単位が1ccで表記されているときがあります。
 1cc=1cm³となりますので、これも出来れば覚えましょう。

 例題)次の総排気量を求めなさい。
 シリンダ内径100mm
 ピストン行程120mm
 シリンダ数6個

 答え)まずは1つのシリンダの排気量を求めましょう。
 最初に単位を直しましょう。
 100mm→10cm
 120mm→12cm
 
 次に計算です。
 シリンダ内径が円の直径なので10cmの半径は5cm。
 ピストン行程が円の高さになるのでそのまま12cm。

 これからシリンダという、円柱の体積を求めます。
 5×5×3.14×12=942cm³となります。
 これが1つのシリンダの排気量です。
 
 求められているのは総排気量、すなわち6個のシリンダの排気量なので、
 この6倍になります。
 942×6=5652cm³となります。
 以上がシリンダの排気量の求め方になります。


・次に圧縮比の求め方です。
 圧縮比とは空気(自動車の場合は混合気)がどれくらいの割合で、
 圧縮されているかを計算するものです。
 
 水と違い空気は圧縮することが可能です。
 身近なものではガスボンベなどがありますね。
 
 つまり、小さな容器に空気を無理やり押し込めるようなものです。
 自動車の場合は、シリンダ内にある混合気を、燃焼室内に圧縮します。
 まず、3級ガソリン・エンジン内で説明した吸気行程で、
 シリンダ内に混合気を入れます。
 この混合気は、シリンダ内と燃焼室内に充満します。

 つまり、シリンダ内容積と燃焼室内容積分の混合気を、
 燃焼室にすべて圧縮して押し込む、という風になります。
uy.jpg

 図を見てください。
 簡単に三角錐の部分が燃焼室。円柱の部分がシリンダと考えます。
 今回はバルブ穴とピストンの図は省略してあります。

 ①の図ではバルブが開いて燃焼室に混合気が入り(水色)、
 シリンダにも混合気が入ります(緑色)
 これは3級ガソリン・エンジンで説明した、吸入行程に該当します。
 次に②の図に移りピストンが上に上がりシリンダ内にある混合気が、
 すべて燃焼室内に圧縮されます(赤色)。
 これも3級ガソリン・エンジンで説明した、圧縮行程に該当します。
 つまり、燃焼室内には、シリンダ内の混合気と燃焼室内の混合気が
 圧縮されて入っているわけです。この圧縮された比率を計算しよう、というわけです。

 圧縮比=(シリンダ容積+燃焼室容積)÷燃焼室容積で求められます。
 この式を分解していくと
 圧縮比=シリンダ容積÷燃焼室容積+燃焼室容積÷燃焼室容積となります。

 (4+2)÷2が4÷2+2÷2と同じになると考えてください。
 ※判りにくい時は簡単な式に当てはめ、
 自分でノートに書いて考えると判りやすいです。

 更に分解すると
 圧縮比=(シリンダ容積/燃焼席容積)+1となります。
 分子と分母が同じものはすべて1になりますよね。
 2÷2は2/2になり通分すると1になります。
 同じように、
 燃焼室容積÷燃焼室容積は燃焼室容積/燃焼室容積になり通分すると1になります。

 最終的に式は
 圧縮比=(シリンダ内容積/燃焼室容積)+1という式で求めることが出来ます。

 例題・圧縮比を求めよ。ただし小数点第1位を四捨五入して記入せよ

 シリンダ内径 100mm
 ピストン行程 120mm
 燃焼室容積  52cm³

 先ほどの上の排気量の例題で942cm³と出ましたね。
 それから圧縮比を計算します。

 圧縮比…(シリンダ内容積/燃焼室容積)+1
 (942/52)+1=19 圧縮比19
 圧縮比は元のシリンダと燃焼室にあった混合気がどれくらい、
 圧縮されたかを測るものなのでcm³などの単位はありません

 圧縮比は少し難しいかもしれませんが、
 公式を覚えれば後は応用のみになります。
 がんばって覚えていきましょう。

 以上で排気量と圧縮比を終了いたします。
 お疲れさまでした。

・こんにちは。
 4回目の内容は車の重心を求める計算です。
 ようやく車らしい内容になってきましたねw

 車の重心とは、前回のモーメントで説明した天秤みたいに、
 左右の釣り合う中心の点です。

 ほとんどの車は前側にエンジンがあり
 後ろ側にはトランクがあります。
 前後の重さが等しい車はほとんどありません。

 ですので車のちょうど中心点では、重さを等しく支える事はできません。
 この点を計算で求めるようにしましょう。

 車の重さを支えているのは地面と接触している、
 前後のタイヤになります。つまり、この2点で車の重量を支えているわけですね。

 前回のモーメントを使っても求めることはできます。
 しかし、試験の内容となると重心を求める計算式でないと
 答えが出せない状態になっています。

 と、その前に新しい用語の説明です。
 ホイール・ベース…前輪から後輪までの距離
 車両重量…車全体にかかる力
 前輪重…前輪にかかる力
 後輪重…後輪にかかる力


コピー ~ SDあちゃこ

 まず上の図を確認してください。
 Wは車の重量。
 W₁(前輪重さ)とW₂(後輪重さ)を足した数値になります。

 次にLがホイールベース。タイヤ2点で車を支えているので、
 必ずこの間に重心があります。
 αが重心から後ろ側の距離です。
 重心から前側の距離がわかりませんのでL-αと表示します。

 ここで前回のモーメントで求めると。
 W₁×(Lーα)=W₂×α
 となります。

 この式を変形すると
 W(車両重量)×α(重心から後ろ側の距離)=
 (前軸重)×L(ホイールベース)

 と、なります。この公式は必ず覚えましょう。

 例題)例題・Aの距離を求めなさい。

ホイールベース2600mm
前軸重6400N
後軸重4000N
コピー ~ コピー ~ SDあちゃこ

 答え)この状態だとモーメントの式では求めることができませんね。
   なので重心の式を使います。
   10400N×A=6400N×2600mm=1600mmとなります。

 モーメントの式に当てはめて確認してみましょう。
 前側=6400N×1000mm=6400000N・mm→6400N・m
 後ろ側=4000N×1600mm=6400000N・mm→6400N・m
 前後でで等しく釣り合いますね。
 
 この求め方は基本となるのでしっかりと覚えましょう。
 以上で重心の説明を終了します。
 お疲れさまでした。 

・こんにちは。
 3回目の今回はモーメントについて説明します。
 と、言ってもとっても簡単です。
 支点の周りの力が等しく、2つの力が釣り合っている現象がモーメントの釣り合い状態です。
 
 わかりやすく言うとシーソーや天秤などの支点を中心に、
 釣り合いのとれている状態のことです。
 トルクと同じで下の式で成り立ちます。
 力×距離の数字が左右等しい状態だと、天秤はつりあいますね。
コピー (3) ~ IMG_0011


 例えば
 左側が20N(力)×10cm(距離)で、
 右側が10N(力)×20cm(距離)になると左右の力は釣り合うと行くことです。

 以上でモーメントの説明を終了します。
 お疲れさまでした。
 
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