運動エネルギーをより有用な形に変換できないため、扇風機はすぐには止まりません。
私はファンの大ファンです。これらの控えめなデバイスは巧妙な機械仕掛けであり、自然の力を簡単に意のままに曲げることができます。部屋を冷やすと誤解されることがよくありますもっと しかし、本当の意味での「エア ベンダー」にすぎません。
人類の利便性のために設計されたこれらのデバイスには、1 つの欠点しかありません。スイッチをオフにするとすぐに停止することはなく、自分のペースで停止することです。ファンのこの気まぐれな性質を駆り立てるものは何ですか?
ファンの仕組み
シーリングファンの部品を見てみましょう。ファンは通常、ベースに取り付けられた台座、または天井ファンのフックとダウンロッドを備えたブラケットなどの保持機構で構成されています。保持メカニズムは、電気配線とともに、モーター、ハブ、およびブレードを含む駆動メカニズムにルーティングされます。
モーターは、シーリングファンなどのハブに収納することも、ハブの外側にあるハウジングからシャフトを延長することもできます。ファンのブレードは、ハブでローターに接続します。
他のほとんどのファンは、ブレードとローターが駆動機構の最後の脚であるという点で、同様の構造です。
ファンのブレードは、空気をカットして押し出すのに役立つ湾曲したプロファイルを持っています (写真提供:Mikhail Leonov/Shutterstock)
ファンの動作は、ブレードの設計と向きによって決まります。ファンのブレードをよく見ると、平らなプロファイルではなく、わずかにアーチ型になっていることがわかります。このアーチは、ブレードが空気を切り裂くのに役立ち、空気を発生源から遠ざけ、望ましい換気ゾーンに押し込みます。
モーターによって駆動される多くの高速回転によって、この切断および押し込み動作が増加すると、その結果、絶え間なく流れる空気の爆発が生じます。
扇風機の使用は、家庭などの個人的な空間に限定されません。ファンは、コンピューターや自動車のラジエーターなど、さまざまな換気および冷却のニーズに応えます。意図する目的に応じて、従来のトップダウンの方法で配置することも、横に配置することもできます。
活動中の慣性
外力が作用しない限り、物体は静止状態または運動状態を維持し続けます。この物理法則は聞いたことがあると思いますが、今こそそれを実行に移すときです。
自転車に乗っていてペダルをこぐのをやめようと思えば、いずれは止まってしまいます。これは、摩擦の存在によるものです。自転車を転がし続けるのと同じ摩擦が、ペダルから送るエネルギーの一部を奪います。ペダルを踏むのを止めると、摩擦がエネルギーを少しずつ奪い続け、エネルギーがなくなるまで続けます。確かに、停止するまでには長い道のりがありますが、最終的には停止します。
定期的にペダリングを行わないと、自転車は路面の摩擦により停止します (写真提供:lassedesignen/Shutterstock)
ファンの場合、これがどのように機能するか見てみましょう.
回転するファンには、供給される電気エネルギーから多くの運動エネルギーがあります。ファンのスイッチをオフにしても、ファン内にはまだ膨大な量のエネルギーが残っており、空気を下方に押し出すために利用されています。電気エネルギーが利用できないため、ファンは残りの運動エネルギーをゆっくりと使用して空気抵抗を克服し、徐々に停止します。
同様に、ミキサー グラインダー、ボール盤、マシン シャフトなどの他の回転機械もこの動作を示し、機械の運動エネルギーをゆっくりと消費するベアリング摩擦によって停止します。
エネルギーの保存
システムの総エネルギーは常に一定です。エネルギーは常にある形態から別の形態に変換されます (写真提供:PopTika/Shutterstock)
別の非常に使い古されたステートメントは、システムの総エネルギーが一定のままであることを示しています。エネルギーが増減することはありません。ある形式から別の形式に変換されるだけです。
しかし、エネルギーが浪費されているという話をよく耳にします。自転車が摩擦力を克服する際に失われるエネルギー、またはファンの移動による空気抵抗は、無駄なエネルギーの例です。
ファンがすぐに停止したらどうなりますか?
ファンの余分な運動エネルギーを利用するために、回生ブレーキのようなものを使用できますか? (写真提供:K.Sorokins/Shutterstock)
エネルギーの保存は宇宙のやり方であるため、邪魔にならないようにすることは常に賢明です。
理論的には、ファンがすぐに停止した場合、残留運動エネルギーは固定部品、つまりモーター ハウジング、ダウン ロッド、電気配線、および天井の機械器具によって吸収されなければなりません。
これは、突然の回転エネルギーが非常に高いねじり力としてダウンロッドに即座に伝達され、ねじれや破損を引き起こすため、壊滅的な故障につながります。残りのエネルギーは、天井とファンの両方の機械設備の破損にもつながります。
ファンの回転をすぐに止めるには、大量の運動エネルギーを取り除き、ファンに深刻な重量とコストの影響を与えることなく、それを有用な形のエネルギーに変換するメカニズムを考案する必要があります.
なぜアスリートはフィニッシュラインで止まらないのですか? (写真提供:ピート・サロウトス/シャッターストック)
電気自動車で使用されているような回生ブレーキのようなものは、ファンを制御するのに役立つでしょうか?ファンのスイッチを切った後、エネルギーを利用してストレージ デバイスに送るために、ファンの「ブレーキを踏む」ことはできますか?これにより、ファンの構造にもう 1 つの消耗品、つまりブレーキが追加され、ファンがさらに複雑になり、従来はメンテナンス不要だったこのデバイスにサービス コストが追加されます。
私たちが日常的に使用している電化製品のうち、扇風機のようにエネルギーを失っているものはいくつありますか?考えさせられます!
