Domanda tecnica per...ignorante

[timotyowen]

Ciao ragazzi, c'è una domanda "tecnica" che non sono riuscito a chiarire da quando ho preso la patente (vi parlo dell'era del Giurassico) ma nessuno mi ha mai saputo rispondere.
Prima della domanda partiamo per esempio dal ciclo del motore a scoppio (4 tempi) per poter costruire la mia domanda:
1 - il pistone scende e c'é l'aspirazione di aria/carburante nel cilindro (una certa quantità)
2 - il pistone sale e comprime la miscela
3 - scatta la scintilla, la miscela prende fuoco espandendosi e trasformandosi da calore ad energia meccanica
3 - l'energia meccanica fa scendere il pistone e fa girare l'albero motore

Questo è un ciclo e l'ho capito bene; al ciclo successivo avviene la stessa cosa, così come per il successivo, ecc.

Domanda: perché se apro la farfalla (in caso di carburatore) o se aumento il carburante negli iniettori il motore aumenta di giri ? Perché rispetto al primo ciclo i cicli successivi se ricevono più miscela fanno aumentare i giri del motore ? In un primo momento la domanda può sembrare banale ma io non mi spiego perché quando faccio entrare una maggior quantità di miscela (aria/carburante) nel cilindro aumentano i giri del motore. (forse perché con più miscela lo scoppio è maggiore e la spinta è maggiore, quindi più veloce ?)

Se qualcuno riuscisse a spiegarmelo gliene sarei grato. Chiedo però la cortesia di non fornire risposte "facilone" come un meccanico saputello che alla domanda mi rispose "beh, è ovvio.... più dai il gas più aumentano i giri del motore, se togli il gas vedi che i giri diminuiscono .... non capisco cosa c'é da capire..." Per me me non aveva capito niente.

Grazie

Aspes......tu sei un Ing. che ci sai fare con le spiegazioni

[Angy]

Quesito interessante,seguo con interesse.

[Paolo Grandi]

Originariamente inviata da timotyowen

... (forse perché con più miscela lo scoppio è maggiore e la spinta è maggiore, quindi più veloce ?)...

Risposta breve e concisa: sì.

[aspes]

in effetti la risposta del meccanico e' da chi sa che la cosa succede empiricamente ma non sa spiegarla analiticamente.
Allora tra il serio e il semplice te lo spiego. Il motore con lo scoppio trae la forza che spinge in basso il pistone . Quanta piu' e' la miscela combustibile che viene immessa tanto piu' vigoroso e' lo scoppio e quindi la forza che manda giu' il pistone. Questa forza si traduce in una coppia ovvero una forza che moltiplicata per un braccio fa girare l'albero e da qui attraverso il cambio le ruote..
Ora....perche' sale di giri: qui bisogna ricorrere a una banale formuletta:
coppia motrice - coppia resistente = J x variazione di velocita'.
Te la traduco nel semplice: J e' l'inerzia e quella e' e quella rimane.
La variazione di velocita' e' l'accelerazione, e ovviamente se la velocita' non varia essa sara' zero.
Tu avrai acccelerazione ovvero aumento del numero di giri (facciamo finta di stare nella stessa marcia) se la coppia motrice e' superiore a quella resistente , in modo che quello che e' a destra del segno = sia un valore positivo.
La coppia resistente sono gli attriti, aereodinamica e salite.
SUpponi di essere a 100 km/h stabilizzati con una determinata apertura di gas.
Ovviamente se la velocita' e' costante coppia motrice = coppia resistente e quel che e' a destra del segno = vale 0 ovvero non hai accelerazione , ovvero sei a velocita' costante.
A questo punto apri il gas. Lo scoppio piu' vigoroso fa aumentare la coppia motrice, la resistente resta uguale e quindi la differenza tra le due non e' piu' 0 ma diventa positiva e quinidi hai una accelerazione positiva fino a trovare un nuovo punto di equilibrio magari a 150 km/h in cui la resistenza aerodinamica compensa la tua coppia maggiore e di nuovo la velocita' diventera' costante. Il tutto fino alla velocita' massima, ultimo punto in cui non hai piu' accelerazione perche' la manetta e' in fondo e la coppia motrice non puo' piu' aumentare.
A proposito....dalla formula si deduce che piu' J e' basso e piu' e' l'accelerazione , ovvero la scoperta dell'acqua calda, la moto piu' leggera accelera piu' forte. Da notare che la formula vale anche in frenata, dove la coppia frenante e' quella resistente, e anche qui l'accelerazione (che diventa deceleraizone perche' si inverte il segno) e' tanto piu' forte quanto piu' il mezzo e' leggero. Insomma, quel che tutti sanno empiricamente ha sempre una spiegazione matematica.

[er-minio]

Spiegazione linearissima, aspes!

[TAG]

quesito interessante e risposta chiara e comprensibile!!

aspes sarebbe un ottimo docente universitario

seriamente. ...

[aspes]

beh, il docente l'ho fatto diverse volte a livello aziendale per corsi vari, e lo faccio ancora adesso ai clienti. Il mio piccolo vanto e' rendere comprensibile a chiunque quel poco che so sopratutto facendo paragoni intuitivi. Per esempio la coppia l'ho sempre spiegata facendo aprire una porta spingendo dalla maniglia oppure vicino ai cardini. O chiedendo perche' sui vecchi camion il volante era cosi' grosso.In effetti c'e' chi ne sa il quadruplo di me ma non si fa capire.

si,
ma come docente universitario saresti una risorsa per tutti coloro di buona volontà

capisci ammè....

[Flaviano ADV]

Aspes, come la spieghi tu anche i tarelli come me imparano.....
complimenti.

[Gilgamesh]

Non riesco a esimermi.... BRAVO!
bella domanda e ottimerrima risposta :-)

[smile50]

Solo chi ha capito veramente l'essenza di un concetto, sa trovare il modo e le parole per farlo comprendere, per quanto complesso, anche a uno sprovveduto.

[euronove]

mi unisco, gran bella indole divulgativa!

[Falco]

Ottima spiegazione Aspes. Solo una cosa a mio parere da spiegare meglio a Tymoty, sarebbe il ciclo a 4 tempi , perché mi sembra lui abbia saltato la seconda fase, ossia la fase di scarico.

[jocanguro]

Si , ok, ma ..
non ho capito perché quando pigi sul gas del pedale di un'auto si aprono di più le farfalle...
pecchè ???





e se pigi sul freno ? si aprono le "libellule " ???





Scusatemi . stavo faceziando !!!
era per riderci ...

ottima spiegazione Aspes !!!!


ed ora passiamo ai due tempi diesel a pistoni contrapposti ...

[Isabella]

Originariamente inviata da smile50

Solo chi ha capito veramente l'essenza di un concetto, sa trovare il modo e le parole per farlo comprendere, per quanto complesso, anche a uno sprovveduto.

non avrei saputo dirlo meglio... o forse si:

Solo chi ha capito veramente l'essenza di un concetto, per quanto complesso, sa trovare il modo e le parole per farlo comprendere anche a uno sprovveduto.





bravissimo, aspes!

Bellissima spiegazione Aspes

non mi ero mai soffermato sul quesito, ma mi sono reso conto che istintivamente mi davo una risposta appena più elaborata di quella del meccanico di cui sopra

[Ballerino]

Complimenti Aspes, spiegazione esemplare......sei il nr 1 nelle spiegazioni.....anche la costruzione della bomba atomica spiegata da te risulta semplice!!!
Certo che l'asticella delle discussioni si alza sempre più....tra un pò per accedere al QDE ci vuole una laurea in Ing!!!!

[aspes]

vi ringrazio e vorrei farvi notare una cosa importante. Per rendere intuitiva una spiegazione si fanno approssimazioni estremamente brutali, e un fisico o un matematico mi prenderebbero a schiaffoni per la spiegazione che vi e' invece piaciuta.
La cosa che mi piace e' che la spiegazione matematica non fa altro che convalidare quello che chiunque sa per empirismo, esperienza acquisita.Bisogna sempre chiedersi il VERO perche' di cio' che si da per scontato. Nel mio caso ho fatto delle approssimazioni brutali rendendo costante cio' che in realta' non e'. Il modo per spiegare le formule e' considerare costante cio' che conta poco ai fini della spiegazione per far variare solo cio' che interessa. Voglio farvi un esempio di raffinazione della spiegazione fatta.
la formula era
Coppia motrice - coppia resistente = J x accelerazione
la prima approssimazione che ho fatto e' scrivere accelerazione lineare al posto di aumento del regime di rotazione. Se si fa conto di stare sempre in una marcia sola ci puo' stare perche' le due grandezze sono assolutamente proporzionali.
Adesso raffiniamo quel che ho detto.
Prendiamo una supersportiva tipo R1
sappiamo che va da 0-100 in 3 secondi e arriva a 200 in 10 secondi totali.
Quindi ci mette 3 secondi ad arrivare a 100 e altri 7 per arrivare a 200 .
Perche'?
perche' supponendo la coppia motrice costante (volgarissima approssimazione)
la coppia resistente (in pianura) e' data dagli attriti che crescono in maniera blanda e sopratutto dalla resistenza aerodinamica che invece cresce col quadrato della velocita'. Quindi per raddoppiare la velocita' serve coppia quadrupla.
Ecco perche' non solo abbiamo una accelerazione, ma una variazione di accelerazione . Ovvero la velocita' e' positiva, l'acccelerazione che e' la sua derivata e' positiva, l'accelerazione della accelerazione (derivata seconda della velocita') e' negativa, ossia, si accelera sempre ma a man mano in maniera meno vigorosa.
E' quello che tutti constatiamo, perche' la coppia resistente cresce impennandosi e rende la salita di giri sempre piu' fiacca a man mano che si arriva verso la massima velocita'.
VEdiamo infine la coppia motrice. FInora l'abbiamo considerata costante, ma sappiamo bene che cio' e' quasi vero con un TYmax col variatore che cambia le sue infinite marce in maniera da stare a regime costante.
Una moto invece cambia regime e fa le cambiate, per cui la coppia motrice e' tutt'altro che costante, ma anzi va un po' a dente di sega a ogni cambiata.
Questo si traduce in tutte le sensazioni fisiche che il nostro corpo registra fedelmente.
Accelerazione forte all'inizio e sempre piu' blanda in velocita', inoltre la differenza di spinta che si verifica al salire di giri e al cambio marcia. Anche senza matematica il nostro corpo percepisce e prevede perfettamente tutto cio'.
Se mi vien voglia in queste ferie (noiose) vi vorrei fare una disquisizione sui controlli automatici del nostro fantastico corpo umano in paragone a quelli elettronici sulle nostre moto.

[Angy]

Se mi vien voglia in queste ferie (noiose) vi vorrei fare una disquisizione sui controlli automatici del nostro fantastico corpo umano in paragone a quelli elettronici sulle nostre moto.



Bravo aspes,se permetti mi sistemo nei primi banchi.

[Bassman]

Domanda diretta ad Aspes...

Premetto che ignoro tutto quello che è matematico e scientifico in relazione a termodinamica, fluidodinamica, etc. etc.

Per rispondere alla domanda che ha dato inizio a questa discussione, avrei detto (e mi rendo conto che la cosa è "spannometrica"...):

- Il motore aspira miscela aria-benzina e, finché non aumento l'aspirazione, tutto rimane in una condizione di equilibrio ad un certo regime.

- Durante la rotazione, il motore acquista una certa inerzia che gli permette di aspirare miscela e di superare le fasi passive con una certa facilità.

- In conseguenza di questa "esuberanza", il motore è in grado di aspirare con una certa facilità quello che gli viene proposto, anche "un po' di più" di quello che aveva aspirato al giro precedente (se gli viene proposto).

- Quel "po' di più" che si somma ad ogni giro, si traduce in accelerazione, fino a quando apertura di gas ed attriti vari si riequilibrano.

Mooolto spannometrico, ma plausibile o non ho capito una mazza, come mi succede da molto tempo ed in molti campi.... ?

[mototarta]

Aspes

per me è un piacere leggerti a tutto campo, dalle esternazioni smoccolanti e sanguigne ai trattati di tecnica.
Io però mi metto all'ultimo banco perchè dalla finestra vedo la moto, non si sa mai

[zebu]

caro Aspes, io sono un matematico ma non ti prendo per niente a schiaffoni, anzi, plaudo alla tua capacità

[guidopiano]

Originariamente inviata da timotyowen

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1 - il pistone scende e c'é l'aspirazione di aria/carburante nel cilindro (una certa quantità)
2 - il pistone sale e comprime la miscela
3 - scatta la scintilla, la miscela prende fuoco espandendosi e trasformandosi da calore ad energia meccanica
4 - l'energia meccanica fa scendere il pistone e fa girare l'albero motore

Questo è un ciclo e l'ho capito bene; al ciclo successivo avviene la stessa cosa, così come per il successivo, ecc.
..........

applaudo il bravissimo e competente Aspes .... che leggo anch'io sempre con interesse

ma vorrei far notare una piccola ma importante dimenticanza nel ciclo delle fasi di scoppio senza la quale aimè si potrebbe accelerare quanto si vuole ma il motore col piffero aumenterebbe i suoi giri

quindi

5 - il pistone risale , si aprono le valvole di scarico e vengono scaricati i gas esausti