飛輪

飞轮是连接在旋转轴上的重盘或轮子。飞轮是用来储存动能的。飞轮的动量使它不容易改变其转速。正因为如此,飞轮有助于保持轴以相同的速度旋转。当施加在轴上的扭矩经常变化时,这有助于。不均匀的扭矩会改变旋转速度。因为飞轮可以抵抗速度的变化,所以可以减少不均匀扭矩的影响。使用活塞提供动力的发动机通常有不均匀的扭矩,并使用飞轮来解决这个问题。

让一个轮子(任何轮子)旋转都需要能量。如果摩擦力小(轴承好),那么它就会保持长时间的旋转。当需要能量的时候,可以再从轮子上获取能量。所以它是一种简单的储存能量的机械手段。储存的能量是重量和旋转速度的函数--使一个较重的轮子旋转得更快需要更多的能量。另一个因素是半径(大小),因为轮子的一部分离轴越远,使其旋转所需的能量就越多。这三个因素可以用M(质量),ω {\displaystyle \omega }来表示。{\displaystyle \omega }角速度)和R(半径)。将下面的两个方程结合起来,就可以得到ω {\displaystyle \omega }。{\displaystyle \omega }2MR2/4。飞轮不是普通的轮子,而是专门用来储存能量的。所以它应该很重和/或旋转速度快。例如,一些公共汽车有一个飞轮,用于停止和启动。当公交车停下来的时候(比如为了红绿灯),飞轮与车轮相连,所以旋转的能量会传递给它,所以公交车会减速,而飞轮会加速。然后,当公交车要重新开始行驶的时候,它又会被连接起来,能量又被传递回来。当然,你不会想在公交车上拖着一个沉重的轮子到处跑,所以,它是由一种较轻的材料制成的,可以承受极快的旋转。

辐条飞轮Zoom
辐条飞轮

运动中的简单飞轮。根据达芬奇的画作建造。Zoom
运动中的简单飞轮。根据达芬奇的画作建造。

飞轮的数学

旋转的飞轮的动能为

E=1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}。 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}

其中中心质量的惯性矩等于

I=1 2 M R 2 {displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}}。 {\displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}

其中I {displaystyle I}I是质量关于旋转中心的惯性力矩ω {displaystyle ωomega }。{\displaystyle \omega }(omega)是以弧度为单位的角速度

历程

飞轮自古以来就有使用,最常见的传统例子是陶器的轮子。在工业革命中詹姆斯-瓦特(James Watt)为蒸汽机中的飞轮的发展做出了贡献,他的同代人詹姆斯-皮卡德(James Pickard)也使用了飞轮。

其他含义

风险投资的世界里,"飞轮"一词被用来代表一个企业经常性的、创造利润的心脏。

问题和答案

问:什么是飞轮?
答:飞轮是一个连接在旋转轴上的重盘或轮子。它用于储存动能,并通过抵制不均匀扭矩引起的速度变化,帮助保持轴以相同速度旋转。

问:飞轮是如何储存能量的?
答:飞轮储存能量的方式是,当它旋转时,从轮子中获取能量,然后在需要能量时再次释放能量。储存的能量取决于其质量、角速度和半径。

问:飞轮的一些应用是什么?
答:飞轮用于使用活塞提供动力的发动机中,因为它们有助于解决不均匀的扭矩改变旋转速度的问题。它们还被用于公共汽车的停车和启动,来自车轮的旋转能量被转移到飞轮上,这样它就可以在加速的同时减速了。

问:哪些因素影响飞轮可以储存多少能量?
答:飞轮储存的能量取决于其质量、角速度和半径。速度较快的重物比速度较慢的轻物需要更多的能量来转动它们。

问:是否所有的轮子都被视为 "飞轮"?
答:不,不是所有的轮子都被认为是 "飞轮"。飞轮是专门为储存动能而设计的,为了有效地做到这一点,飞轮应该很重或旋转得很快。

问:公共汽车是如何使用飞轮的?
答:公共汽车在停车时(如在红绿灯前)将飞轮与车轮相连,从而使用飞轮。这就把车轮的旋转能量转移到了飞轮上,这样它就能在减速的同时,在以后再次启动时又能加速。

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