对机车启动问题有两种模式:(1)功率恒定和(2)加速度恒定.
(1)以恒定的功率启动
过程分析:
①变加速:机车在平直路面上保持发动机功率不变,即以恒定功率启动,机车以恒定功率启动后,在过程中的阻力Ff是恒定的。功率恒定则P=Fv,即牵引力F=P/v,在功率P恒定时,随着速度v增加,则F减小,而合外力F合=F-Ff,在阻力不变时,合外力F合就会随着牵引力F减小而减小,所以加速度减小,但加速的依然大于0,速度会继续增加,而F会进一步减小,直到合外力为零,加速度为零,速度达到最大。
②匀速:合外力为零之后以最大速度vmax做匀速直线运动,因为F=Ff,所以vmax=P/Ff。
其加速过程如下所示,分为两段,变加速直线运动、匀速直线运动:
其P-t图和v-t图如下:
特点:
1.只有当机车的牵引力与阻力大小相等时(F=Ff),机车达到最大速度vmax。
2.在匀速运动之前,汽车做加速度减小的变加速直线运。
(2)以恒定加速度启动
过程分析:
①匀加速:机车在平直路面上保持加速度恒定,则a=(F-Ff)/m,保持恒定,则速度v匀速增加,牵引力F为恒力F=ma+Ff,机车的功率P=Fv逐渐增大,当功率增大到额定功率时,匀加速运动结束,此时速度为v0,这段过程历时时间为t0,t0=v0/a,而P额=Fv0,得到。
②变加速:此时机车的速度为匀加速运动过程的末速度,但并不是机车所能达到的最大速度,因为此时的合外力F合=F-Ff不为零,此后汽车还可以保持功率不变做加速度逐渐减小的加速运动,直到加速度减小到零时速度才达到最大,后半段过程与就是模式(1)恒定功率启动过程。
③匀速:当F减小到等于Ff时,合外力为零,以后做匀速直线运动。
具体变化过程如图所示,分为三段,匀加速直线运动、变加速直线运动、匀速直线运动:
其P-t图和v-t图如下:
特点:
1.当实际功率小于额定功率时,做匀加速直线运动。
2.当达到额定功率后做加速度减小的变加速运动,当加速减小到0时,速度最大,之后做匀速直线运动。