El par alto da baja velocidad y el par bajo da alta velocidad. ¿Como sucedió esto? Explicar en relación con las bicicletas con engranajes.

Esta pregunta me molestó durante años … pero finalmente gracias a internet y con mi propia experiencia de conducir un automóvil finalmente lo entendí …

La confusión surge porque relacionamos el torque con la velocidad que no es correcta. El propósito del torque es acelerar algo … ¿Qué es la aceleración? CAMBIO DE VELOCIDAD POR UNIDAD DE TIEMPO. Por lo tanto, el par está relacionado con el cambio de velocidad por unidad de tiempo, no con el valor absoluto de la velocidad.

Pocos días atrás conducía a 80 km / h en una autopista en la quinta marcha y, debido a algunos obstáculos, tuve que reducir la velocidad a 40 km / h, pero no reduje la marcha. Así que cuando intenté acelerar nuevamente desde 40 km / h en 5ª marcha, tardó años en llegar a 70 km / h. Entonces, ¿por qué no aceleró rápidamente? La razón es que las llantas no estaban obteniendo un gran torque (lo cual hubieran hecho. Si hubiera cambiado a 3ra marcha) para acelerar rápidamente.

Lo primero que debe saber es que necesitamos un sistema de transmisión (engranajes) porque tenemos una fuente de energía de capacidad limitada (motor). si de alguna manera podemos construir una fuente infinita, no la necesitaremos (ni manual ni automática) … una sola relación de par incorporada sería suficiente. El sistema de transmisión es un intercambio de par y potencia en b / n y mantiene su motor en funcionamiento. su banda de potencia (revoluciones óptimas)

Ahora, llegando a su pregunta exacta, el par elevado produce una aceleración rápida, pero en el caso de una bicicleta, la fuente de energía (usted) puede suministrar energía limitada (energía / tiempo). suponga que aceleró de 2 m / sa 4 m / s en 1 segundo y también quiere pasar de 6 m / sa 8 m / s al mismo tiempo sin cambiar la relación de transmisión, para ello tendrá que aplicar una cantidad de potencia mucho mayor (energía / tiempo) de lo requerido en el caso anterior (2 a 4).

Por qué ? Porque cuando pasas de 6 m / sa 8 m / s, tu cambio en la energía cinética [1 / 2M (8 ^ 2 -6 ^ 2)] es mucho mayor que pasar de 2 a 4 . Entonces, para pasar de 6 a 8, lo cambia a una velocidad numéricamente más alta (bajo par), lo llevará de 6 a 8 por la misma cantidad de energía (energía / tiempo), pero tomaría un poco más de tiempo que en 2 a 4 casos.

Además, la forma en que formuló la pregunta “El par alto da velocidad baja y el par bajo da velocidad alta” resume su confusión. Tinker un poco, recuérdalo así … “El alto par nos lleva RÁPIDAMENTE de baja a alta velocidad, pero debido al motor de capacidad limitada, aplicamos un par bajo para llevarnos LENTAMENTE a velocidades aún más altas .

Otra fuente de confusión: cuando la gente dice un cambio descendente, en realidad se refieren al cambio a una marcha que es numéricamente más baja que la actual, pero en realidad esta marcha numéricamente más baja proporciona un mayor par. (La primera marcha tiene el diámetro más grande)

• Una anécdota sobre el automóvil se basa en el específico que conduzco, los valores numéricos pueden diferir para diferentes automóviles, pero la esencia sería la misma.
• Lo he explicado para un automóvil, en lugar de una bicicleta porque el CAMBIO es más visible / débil / medible en él.

EDITAR: Cambio en la energía cinética = Trabajo realizado por la fuerza neta … Suponiendo pérdidas insignificantes en su caso, Cambio KE de la bicicleta = Trabajo realizado por usted (potencia * tiempo) … Su trabajo realizado no es de calorías que quemó, y la potencia significa calorías quemadas / tiempo … A altas velocidades (digamos 70 km / h) El cambio en la energía cinética es mayor para el mismo cambio de velocidad (70 km / ha 80 km / h) que a baja velocidad (10 km / ha 20 km / h)

Para comprender el teorema de la energía del trabajo, consulte este Teorema de la energía del trabajo – Video de física de Brightstorm

Este enlace explica muy bien la diferencia en las características de potencia de torque del motor eléctrico y el motor de combustión interna ¿Qué es la potencia nominal?

Vamos a obtener lo básico primero,
Si ve la ecuación de potencia de la unidad SI desarrollada debido a la rotación, es

Potencia = par x velocidad angular

Velocidad angular (rad / seg) = 2 (Pi) x Rotación por minuto / 60

P ( W ) = T ( Nm ) ∗ ω ( rpm ) / 60

De la relación anterior está claro que si la potencia es constante, el par y las RPM serán inversamente proporcionales.

Ahora que vengo al caso de la bicicleta, creo que de lo que están hablando aquí es de cómo diferentes relaciones de rueda dentada producen diferentes pares.

Dado que el torque no es más que fuerza multiplicada por la distancia a través de la cual se aplica. Considere esta manivela a continuación.

Si está girando esto a unas 30 RPM aplicando alguna fuerza (x), obtendrá un Torque particular.

Ahora, si reemplazo la manivela anterior por una manivela más larga, la distancia de la fuerza aplicada aumentará.
Ahora, si lo mueve con la misma cantidad de fuerza, necesitará rotaciones menores para la misma potencia.

Esto puede explicarse por lo siguiente:

Velocidad lineal = Radio x Velocidad angular

Entonces, si el radio aumenta, la velocidad angular se reduce para la misma velocidad lineal. Esto da como resultado una reducción en RPM

En el caso de las ruedas dentadas de una cadena, cuando inicialmente está en una marcha más baja, la cadena siempre está en la rueda dentada trasera relativamente grande esta.

Dado que la distancia desde el centro es mayor, necesitará un esfuerzo menor y la cantidad de rotaciones de la rueda dentada será menor.

Una vez que haya ganado suficiente velocidad, el requisito de fuerza general se reducirá y cambiará a velocidades más altas,

Esto da como resultado un aumento en la demanda de torque y tienes que vender más. Observe que ahora el tamaño pequeño de la rueda dentada significa que sufrirá un mayor número de rotaciones.

Si pedaleas en tu marcha más baja (más fácil de pedalear) encontrarás que el problema nunca es tu fuerza muscular de reserva, sino tu incapacidad para pedalear lo suficientemente rápido. Los pedales incluso pueden sentir que giran más rápido de lo que puede presionarlos, si llega a una ligera pendiente descendente.
Esto le dice que su potencia muscular se deriva principalmente de la capacidad de generar una alta carga muscular, sin la capacidad de realizar ciclos repetitivos a una gran velocidad (consulte otras respuestas para las matemáticas, pero aproximadamente, potencia = carga x velocidad)

Esto es exactamente lo contrario de lo que necesita para empujar una bicicleta. No requiere una gran cantidad de torque, pero sí necesita conducir las ruedas a una alta velocidad de rotación. Por lo tanto, tiene un engranaje que le permite convertir sus grandes reservas de esfuerzo muscular en una mayor velocidad de rotación en la rueda, es decir, proporciona un alto par a baja velocidad, y el engranaje produce un par bajo a alta velocidad, con la misma potencia.

Esta consulta se puede responder conociendo una ecuación simple:

Potencia (P) = Par (T) x Velocidad angular (w)

Desde entonces, el poder no es más que energía por segundo. Es constante para una configuración específica del motor. Entonces, a medida que aumenta la velocidad angular, es decir, el engranaje se cambia a un engranaje más alto, el par disminuye. De este modo, el par es más a baja velocidad y viceversa.

Aquí está la explicación simple:

Solo considere dos engranajes rectos en contacto entre sí en sus dientes. Pero que uno de ellos sea más grande que el otro.

Por cierto, debes saber que la fuerza de interacción se expresa con la tercera ley de Newton, que es el principio de acción-reacción.

1. Para el primer caso, deje que el engranaje de entrada sea el más grande y el engranaje de salida el más pequeño. Esto significa que obtienes un par bajo pero una velocidad alta en la salida. A medida que acciona el más grande para conducir el más pequeño, la fuerza de interacción será la misma debido al caso anterior. Por lo tanto, si multiplica la misma fuerza con su radio para encontrar el par, el engranaje más pequeño tiene un par más pequeño debido a su pequeño radio. Además, dado que maneja el engranaje más grande, el engranaje más pequeño hace más revolución que el engranaje más grande como se esperaba. Puedes darte cuenta fácilmente de esto. De esta manera, disminuye el par, pero aumenta la velocidad.

2. Para el segundo caso, deje que el engranaje de entrada sea el más pequeño y el engranaje de salida sea el más grande esta vez. Por lo tanto, el engranaje conducido es el más pequeño. La misma interacción se puede ver debido a las leyes de la física. Pero esta vez obtienes un par mayor en la salida, ya que el engranaje de salida tiene un radio mayor. Pero a medida que el engranaje de entrada gira 1 unidad, el engranaje de salida gira menos, el caso inverso de arriba. Ahora obtienes baja velocidad pero alto torque en la salida.

En conclusión, necesitará cambiar a la marcha con un radio mayor cuando suba en una colina y necesite más torque, lo que se explica en el caso 2. O si necesita velocidades más altas, disminuirá el radio de la marcha de salida para tener más rotación para altas velocidades

El par es análogo a la fuerza, acelera el cuerpo a velocidades más altas. El par elevado ayuda a alcanzar altas velocidades rápidamente, el par bajo acelera el cuerpo lentamente para alcanzar la misma velocidad. En un ciclo de engranajes para alcanzar una velocidad alta si usamos engranajes secuencialmente desde el principio hasta el final, seremos rápidos muy pronto, pero si tratamos de alcanzar esa velocidad directamente desde el último engranaje, llevará más tiempo. Esto se debe a que el engranaje más pequeño proporciona más torque, una vez que alcanza su límite y ya no puede pedalear más rápido para agregar torque, debe cambiar al siguiente cambio. Este tiene más dientes y da más velocidad y menos torque para la misma potencia de entrada. Una vez más, una vez que alcanza su saturación, cambie a la siguiente marcha y así sucesivamente. A diferencia de una bicicleta normal, solo hay una relación de transmisión y puede suministrar solo una cantidad limitada de torque y se necesita más tiempo y distancia para lograr la misma velocidad.

Espero que tenga sentido: p

Sea N la velocidad (en rpm) y T el torque.

N * T = constante (para una potencia dada)

Entonces, cuando aumenta su Torque, naturalmente su velocidad baja y viceversa.

Y en cuanto a los engranajes, considere la cantidad de par (T1) que le da como entrada y considere la velocidad que se obtiene como resultado como salida (N2)

N1 / N2 = Relación de engranaje.

T1 * N1 = constante.
T2 * N2 = constante.

P = (2 * Pi * No de RPM * Par) / 60

Ahora consideremos, la potencia P es constante.

Por lo tanto, las RPM son inversamente proporcionales al par, por lo que cada vez que disminuye el par, el número de RPM, es decir, aumenta la velocidad.

¡Gracias!

Según el concepto fundamental de energía. En la rueda, una parte de la energía dada se convierte en velocidad y una parte de la energía se convierte en par. Si hay un par elevado en la rueda, significa que la mayor parte de la energía intenta producir par y, para la velocidad, la energía restante deja de disminuir. Significa que la energía de velocidad se convierte en energía de torque y la energía de torque se convierte en energía de velocidad.

Es porque el par es inversamente propicio a la velocidad.
Tomemos dos engranajes A y B con la relación de engranaje 1: 2 respectivamente y supongamos que los dos engranajes están engranados.
Si gira la marcha A a razón de 10 revoluciones por segundo, la marcha B girará a razón de 5 revoluciones por segundo. Pero encontrará que el par en el engranaje B se duplicará en comparación con el par en el engranaje A. (es decir, a medida que la velocidad disminuye, el par aumenta)

¿Sigo confundido? Considera este …
Potencia (P) = Par (T) × velocidad (N)
Echemos
P = 10
T = 2
N = 5.
Ahora, si aumenta T a 5, N debe reducirse a 2 para obtener P = 10.

Por lo tanto, para un motor de potencia constante, si aumenta la velocidad, el par se reducirá y viceversa.

Quizás su problema de comprensión es la forma en que se escribe la pregunta. La afirmación “el par alto da velocidad baja y el par bajo da velocidad alta” es incorrecta. El par no tiene nada que ver con la velocidad.

En pocas palabras, una caja de cambios puede sacrificar el par de salida por la velocidad o puede sacrificar la velocidad de salida por el par.

El par es inversamente proporcional a la velocidad. Aumenta la velocidad de torsión se reduce y viceversa. apriete nada más que potencia de tracción