KWALIFIKACJA TLO3 - STYCZEŃ 2018

PYTANIE NR 8.
Silnik tłokowy statku powietrznego osiąga moc 100 kW przy prędkości obrotowej 250 rad/s. Ile wynosi moment obrotowy na wale silnika, jeżeli pominie się straty?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Korzystamy z zależności dla ruchu obrotowego:
P = M·ω, więc M = P/ω. Po zamianie 100 kW na 100 000 W otrzymujemy M = 100 000/250 = 400 N·m. To jest 0,4 kN·m, czyli 0,4 kNm. Pozostałe odpowiedzi mają błędny rząd wielkości lub jednostkę.

Pełne wyjaśnienie:

Zadanie dotyczy podstawowej zależności między mocą a momentem w ruchu obrotowym wału silnika. Dla układu idealnego (założenie: "pominie się straty") moc mechaniczna na wale jest równa iloczynowi momentu obrotowego i prędkości kątowej:

P = M · ω

Stąd moment obrotowy wyznaczamy przez przekształcenie:

M = P / ω

Krok 1: jednostki. Moc podano w kilowatach, a we wzorze w praktyce najwygodniej użyć watów:
100 kW = 100 000 W.

Krok 2: podstawienie danych.
ω = 250 rad/s, więc:
M = 100 000 W / 250 rad/s = 400 N·m.
(Radian jest w tym zapisie wielkością bezwymiarową, więc jednostką momentu pozostaje N·m).

Krok 3: zamiana na kN·m.
1 kN·m = 1000 N·m, zatem 400 N·m = 0,4 kN·m, czyli 0,4 kNm.

Dlaczego pozostałe propozycje nie pasują?

  • "4 kNm" jest dziesięć razy większe (4000 N·m). Taki wynik powstałby np. po pomyłce w przeliczeniu kW→W albo po błędnym dzieleniu.
  • "4 daNm" oznacza 4·10 N·m = 40 N·m, czyli dziesięć razy za mało. To typowa pułapka związana z przedrostkiem "da-".
  • "4 Nm" jest skrajnie zaniżone (4 N·m) i wskazuje na poważny błąd rzędu wielkości (np. potraktowanie 100 kW jak 100 W).

W praktyce lotniczej takie obliczenie jest przydatne do szybkiej kontroli spójności parametrów napędu oraz do orientacyjnej oceny obciążeń skrętnych elementów układu przeniesienia mocy.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Użyj zależności dla ruchu obrotowego: P = M·ω. Po przekształceniu: M = P/ω. Pamiętaj o jednostkach: P w watach, ω w rad/s, a wynik M w N·m. Na końcu ewentualnie zamień N·m na kN·m lub daN·m.
W ruchu obrotowym odpowiednikiem siły jest moment, a odpowiednikiem prędkości liniowej jest prędkość kątowa. Moc opisuje tempo wykonywania pracy, więc naturalnie wynika z "obciążenia" (momentu) razy "szybkości ruchu" (ω). Dlatego stosuje się zapis P = M·ω.
kN·m to kiloniutonometr. 1 kN·m = 1000 N·m. Jeśli obliczysz moment np. 400 N·m, to w kN·m będzie to 400/1000 = 0,4 kN·m. Mylenie kN·m z N·m to częsta przyczyna błędów rzędu wielkości.
Najczęściej: (1) brak zamiany kW na W, (2) pomylenie rad/s z obr/min, (3) błąd w przedrostkach (k, da), (4) wybór odpowiedzi "na oko" bez sprawdzenia rzędu wielkości. Dobra praktyka to zawsze szybka kontrola: czy wynik jest realistyczny dla podanych danych.
W ujęciu SI radian jest traktowany jako wielkość bezwymiarowa (stosunek długości łuku do promienia). Dlatego w praktyce przy obliczeniach z ω w rad/s jednostki dają poprawnie N·m dla momentu. Ważniejsze od "statusu" radiana jest konsekwentne używanie ω w rad/s.
Gdy treść wprost mówi "pominie się straty" albo gdy zadanie dotyczy idealnego modelu do ćwiczenia zależności fizycznych. Jeśli pojawiają się dane o sprawności (np. 0,85) lub opis realnego układu przeniesienia napędu, wtedy zwykle trzeba uwzględnić straty, bo moc na wejściu i wyjściu nie jest taka sama.
Przedrostek "kilo-" oznacza 1000. Zatem 1 kW = 1000 W, a 100 kW = 100·1000 W = 100 000 W. Ten krok jest kluczowy, bo pominięcie go zmienia wynik momentu tysiąckrotnie lub stukrotnie (zależnie od pomyłki).
Szybka kontrola: jeśli ω jest duża, moment dla tej samej mocy jest mniejszy (bo M = P/ω). Dla 100 kW i ω rzędu setek rad/s spodziewaj się setek N·m, a nie kilku N·m ani tysięcy kN·m. Taka kontrola pomaga odsiać odpowiedzi z błędnym rzędem wielkości.
Przedrostek "da-" (deka) jest rzadziej używany niż "k-" (kilo), więc łatwo go przeoczyć. 1 daN·m = 10 N·m. Jeśli ktoś odczyta "daNm" jak zwykłe "Nm", zaniży lub zawyży wynik 10 razy. Na egzaminie warto zawsze wypisać przelicznik przed wyborem odpowiedzi.
Moment na wale jest związany z obciążeniami skrętnymi i zdolnością do przeniesienia mocy przez elementy napędu. Pomaga rozumieć, dlaczego przy tej samej mocy zmiana prędkości obrotowej wpływa na obciążenia mechaniczne. W praktyce wspiera interpretację parametrów pracy i dobór/ocenę elementów przeniesienia mocy.
info

Statystycznie 56% uczniów zna prawidłową odpowiedź. średnie

Eksperci podkreślają: "Korzystamy z zależności dla ruchu obrotowego:P = M·ω, więc M = P/ω."

Źródła:

  • Halliday, Resnick, Walker, "Podstawy fizyki", tom dotyczący mechaniki, rozdział: praca i moc w ruchu obrotowym (zależność P = M·ω).
  • Hibbeler R.C., "Mechanika inżynierska: Dynamika", dział: ruch obrotowy bryły sztywnej i moc w ruchu obrotowym (P = M·ω).

Materiały:

  • Podręczniki z mechaniki technicznej: ruch obrotowy i zależność mocy od momentu
  • Materiały szkoleniowe do obsługi zespołu napędowego: podstawowe wielkości i jednostki
  • Zestawy zadań rachunkowych z przeliczeń jednostek SI i przedrostków

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego