DEVİR (RPM)
RPM dakikada dönüş hızı ya da miktarının İngilizcedeki karşılığı. Fizikteki karşılığı alınan mesafedir (yol).
Bir mil yol alır mı? Evet, üzerine işaretlediğimiz bir nokta 1 turda 2pi radyan kadar yol almaktadır. Milin çapı 1 santim ise ve mesela dakikada 1000 devir yapıyorsa alınan yol 1 x 2 x 3,14 x 1000 = 6,28 metre olacaktır. RPM böylece bize 1 dakikada alınan yolu vermektedir.
TORK VE DEVİR (RPM) İLİŞKİSİ
Tork ve RPM bir madalyonun 2 yüzü gibidirler. Biri olmadan diğeri anlamsızdır.
RPM olmadan tork hiç bir işe yaramayan bir rakamdan ibarettir.
Tork ve RPM aynı büyüklüğün farklı yansımalarından başka şey değildirler.
Tork ve RPM transmisyon aracılığı ile birbiriyle değiştirilebilir yani istediğimiz miktarda torku RPM’e veya tersine çevirebiliriz. Bunu bize transmisyon sağlar. Örneğin yarıçapı 1 metre olan bir makara düşünün, bu makaraya 6280 metre halat sarılı. Makaramız 100 kgm gücünde ve dakikada 1000 RPM devre sahip bir motor tarafından döndürülüyor olsun. Makarayı 6280 m yukarıya çıkaralım ve ucuna 100 kg’lık bir ağırlık bağlayalım. Motorumuz 100 kgm torka ve 1000 RPM’e sahip olduğu için bu 100 kg’lık ağırlığı 1 dakikada 6280 metre yukarıya çıkaracaktır. Motorumuzun beygir gücü (100 x 1000 /728) 137 HP’dir. Evet 100 kgm torka ve 1000 RPM’e sahip bir motorla 100 kg’lık ağırlığı 1 dakikada 6280 m yukarıya çıkardık ama bu kadar beklemek istemiyoruz, şu işi ½ dakikada halledelim diyoruz. Bu durumda yine 100 kgm torka ama 2000 RPM devre sahip bir motor monte ediyoruz makaramıza. Şimdi yine 100 kg’lık bir ağırlığı 6280 m yukarıya çıkarıyoruz ama sadece yarım dakikada. Tork değişmedi, RPM iki katına çıktı, süremiz yarıya indi. Bu motorun beygir gücü de 100 x 2000 / 728 = 274 HP. Yani ilk motorun iki katı. Tork değişmediği halde beygir gücünü iki katına çıkardığımızda alınan süreyi yarıya indiriyoruz, buraya DİKKAT (!). Peki makaraya 50 kgm torka ve 4000 RPM devre sahip bir motor bağlarsak ne olur? Ağırlık 100 kg > 50 kgm tork olduğu için motorumuz bu ağırlığı kaldıramayacaktır. Elimizde ne var? Bize yetmeyen 50 kgm tork ve ihtiyacımızın 2 katı RPM var. İhtiyaç fazlası bu RPM’i ihtiyacımız olan torka çeviremez miyiz? Evet, bunu makara ile motor mili arasına hızı yarıya düşüren (2:1) bir çevre uzunluğuna sahip bir dişli seti ile yapabiliriz. Bu durumda RPM 2000’e düşer, tork 100 kgm’ye çıkar beygir gücü değişmez ( 50 x 4000 /728 = 274 HP). Gördüğünüz gibi beygir güçleri aynı, tork ve RPM’leri farklı 2 motordan 50 kgm torka sahip olanı ağırlığı doğrudan kaldıramadı ama araya 2:1 oranlı bir transmisyon koyduğumuzda 2 motor yalnızca beygirgücü açısından değil her açıdan eşitlendi. İşte transmisyon, torka ihtiyacımız olduğunda fazla RPM’i torka, RPM’e ihtiyacımız olduğunda da fazla torku RPM’e çevirir.
Tork ve RPM birbirine dönüşebilen fiziksel büyüklüklerdir. Madalyonumuz beygir gücüdür, bu madalyonun bir yüzü tork, diğer yüzü RPM’dir. Bu nedenle, 8000 RPM’de 50 NM tork üreten bir motorla 2000 RPM’de 200 NM tork üreten bir motoru 4:1’lik basit bir transmisyon kolayca eşitler.
Daha fazla RPM’e neden ihtiyaç duyarsınız? Daha hızlı gitmek için; Daha fazla torka neden ihtiyaç duyarsınız? Daha fazla yük taşımak/çekmek için...
Transmisyon size ne istiyorsanız onu verir: Daha fazla RPM veya daha fazla tork.
AKSELERASYON/DESELERASYON (HIZLANMA/YAVAŞLAMA)
Birim zamanda hızdaki değişimdir. Hızdaki artış bizi daha çok ilgilendirdiği için akselerasyona kabaca hızdaki artış diyebiliriz. Türkçedeki karşılığı ivme veya ivmelenmedir. Hızdaki artış sabit olabileceği gibi değişken de olabilir. Biz hızdaki artışla yani hızlanmayla ilgiliyiz. Hızlanma belirli bir zaman periyodunda hız kazanmadır, hız artışıdır. Birim zamanda mesela X hızından 2X hızına çıkmaktır. Newton’un ikinci yasası bize Akselerasyonun formülünü verir: A (akselerasyon) = F (kuvvet) / M (kütle).
TORK AKSELERASYON İLİŞKİSİ
Evet, artık onca laftan sonra meselenin özüne geldik: Bir otomobili hızlandıran tork mudur, beygir gücü müdür?
Soruyu yanıtlamadan önce tork ve beygir gücünün birbirinin alternatifi, birbirini ikame eden kavramlar olmadığını bir kez daha hatırlatalım.
Unutmayın, tork ürettiğiniz her an otomatikman beygir gücü de üretirsiniz. Beygir gücü torkun bir niceliğidir.
Newton’un ikinci yasası der ki, “bir cisim üzerindeki net kuvvet, cismin kütlesi ile ivmesinin çarpımına eşittir.” Bunu formule edersek F = Mx A ile gösterebilir, buradan da A = F/M’i elde ederiz. Yani kuvvetin cismin kütlesine bölümü bize ivmeyi (hızlanmayı) verir. Öyleyse bir arabayı hızlandıran şey, arabanın kütlesi değişmediğine göre, ona etki eden kuvvettir – kuvvetteki artıştır. Yukarıda görmüştük arabamızın motoru da bir kuvvet üretir ve buna tork demiştik,.
Demek ki, arabayı hızlandıran şey motorun torkudur. ..
Öyle midir?
Evet diyenler yanıldı, arabayı hızlandıran kuvvet motor torku değil, arabanın tahrik tekerlerinin tabanında oluşan kuvvettir ve bu iki kuvvet (motor torku ile teker kuvveti) sadece 1. Viteste paraleldir. hiç bir durumda ise aynı değildir.
Teker tabanında oluşan itme kuvveti lineerdir ve Newton cinsinden ifade edilir. Motor torku ise açısaldır ve NewtonMetre ile ifade edilir. Bu iki kuvvet arasında bir ilişki vardır. Teker tabanındaki kuvvetin kaynağı motor torkudur ama kendisi değildir. İkisi son kertede farklı şeylerdir. Bunu aşağıda örnekleriyle göreceğiz. Motor şaftını doğrudan tekere bağlasaydık bu iki kuvvet tümüyle paralel olacaktı, ne var ki araya torku ve RPM’i istediğimiz gibi artırıp azaltan bir mekanizma, transmisyonu koyduğumuz için bu iki kuvvet arasındaki ilişki karmaşıklaşır. Yukarıdaki Newton formülüne ( A = F/M) motor torkunu yerleştiremezsiniz çünkü tork NM cinsindendir, oysa formüldeki F Newton cinsinden olmak zorundadır. Örnek vermek gerekirse 1200 kg ağırlığındaki bir aracın 1 G’lik ivme ile hızlanabilmesi için kuvvet ne olmalıdır? F = MA’dan 1200 x 9,81 = 11,772 Newton. Peki bu arabanın maksimum torku 1750 RPM’de 240 NM olsun. Teker tabanında oluşan 11,772 N’luk kuvveti 240 NM’lik motor torku ile nasıl ilişkilendireceğiz? Formüle doğrudan motor torkunu koyamadık çünkü birimler farklı. Gördüğünüz üzere A = F/M formülü motor torku için işlemiyor. Öyleyse motor torku ile tekerlek tabanındaki kuvveti nasıl ilişkilendireceğiz? Onu da “BEYGİR GÜCÜ AKSELERASYON İLİŞKİSİ” başlığı altında inceleyeceğiz.
BEYGİR GÜCÜ AKSELERASYON İLİŞKİSİ
Akselerasyonu açıklarken Newton’un ikinci yasasına atıfta bulunmuştuk. Yine bu yasaya göre, herhangi bir akselerasyondan söz edebilmemiz için kuvvet nesneye sıfırdan farklı bir zaman diliminde nesneyle AYNI HIZDA uygulanmalıdır. Açarsak, akselerasyonun şartı;
1. Kuvvet nesneye nesnenin sahip olduğu hızda uygulanacak, nesneyle aynı hızda uygulanacak,
2. Kuvvetin uygulama süresi 0’dan farklı olacak.
Peki, güç tanımını hatırlayalım: “belli bir hızda ve belli bir zaman zarfında uygulanan kuvvet”. Bu tanım ile akselerasyonun şartları aynı. Demek ki, bir nesne üzerine uygulanan akslerasyon kuvveti o hızda uygulanan güç tarafından belirleniyor ! Bunu arabaya uygularsak aşağıdaki sonuçlara ulaşırız:
Akstaki Beygir Gücü = Dönüş Hızı x Tork
Lastik Tabanındaki Beygir Gücü = Kuvvet x Hız - buradan:
Akselerasyon Kuvveti (Fa) = Güç ( P) / Hız (V).
Yani Akselerasyon = Güç / Hız.
Nereden nereye geldik... Durmayalım, devam edelim:
Güç = Kuvvet x Hız ise (bu aynı zamanda beygi gücü tanımımızdır) ve Kuvvet = Kütle x Akselerasyon ise Güç = Kütle x Akselerasyon x Hız olur. Buradan:
Akselerasyon = Güç / Kütle x Hız denklemini elde ederiz. Momentum = Kütle x Hız olduğuna göre formülümüzü Akselerasyon = Güç / Momentum olarak sadeleştirebiliriz.
Newton’un ikinci yasası bizi A = F/M’den A = P / V ye, oradan da A = P / M ’e getirdi. Bu formülden görüleceği üzere akselerasyon ve hız ters orantılı. Hız arttıkça akselerasyon azalıyor, güç arttıkça akselerasyon artıyor.
Beygir gücünün akselerasyon ile ilişkisi açık. F = MA formülü uyarınca maksimum akselerasyon daima maksimum tork noktasında gelir ama bu tork motor torku değildir, tekerlek aksı torkudur. Tekerlek aksında tork maksimum olduğunda motorda tork maksimumda olmayabilir çünkü araya transmisyon girmiştir. İşte bu nedenle tekerlekteki maksimum kuvveti belirlerken motor torkuna değil, beygirgücüne bakacağız.
