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Coppia e potenza del motore, spiegazione tecnica

Il significato di coppia e potenza per un motore, il concetto del lavoro, i cavalli vapore con esempi pratici, grafici di potenza e coppia, un approfondimento della tecnica automobilistica

A forza di parlare di coppia e potenza del motore, ogni tanto ci viene il dubbio che non sia compreso bene il loro significato. La coppia e la potenza sono concetti fondamentali nella meccanica, specialmente legati al movimento rotazionale dei motori, cambi e trasmissioni nelle automobili.
Un ripasso di tecnica automobilistica in fondo non fa mai male. Sono informazioni tecniche scontate per alcuni ma per altrettanti non lo è.

Motore MultiJet Fiat Spaccato che genera potenza e coppia
Un motore (un disegno spaccato del MultiJet Fiat) che genera potenza e coppia

Tecnica automobilistica, coppia e potenza

La tecnica automobilistica è uno di quegli argomenti che, a volte, riesce a conciliare il sonno molto più di altri. Ed oggi pariamo proprio di tecnica automobilistica cercando di chiarire i dubbi quando si parla di coppia e di potenza con una spiegazione più chiara e semplice possibile.

Cerchiamo di capire cosa rappresentando le 2 grandezze fisiche di coppia e potenza di un motore.

foto Ferrari da 400 cavalli vapore inseguita da cavalli
Ferrari con 400 cavalli veri!

La coppia rappresenta la capacità del motore di compiere uno sforzo, detto in altre parole esprime la sua forza, il suo vigore. La potenza indica invece la quantità di lavoro che riesce a compiere il motore in un tempo stabilito.

Coppia in meccanica, forza torcente

La coppia è una grandezza fisica che descrive la tendenza di una forza a far ruotare un oggetto attorno a un asse. In altre parole, rappresenta l’effetto rotazionale di una forza applicata a un oggetto. Il termine “coppia” è spesso utilizzato per descrivere il la forza torcente di motori, ingranaggi, leve e altre apparecchiature meccaniche che coinvolgono il movimento rotazionale.

La coppia è definita come il prodotto tra la forza applicata e la distanza dalla linea di azione della forza all’asse di rotazione (detto anche braccio di leva).

Matematicamente, la coppia (C) è data dalla seguente formula:

C = F * r

Dove:

  • C è la coppia meccanica
  • F è la forza applicata
  • r è la distanza dall’asse di rotazione alla linea di azione della forza detta anche “braccio”

L’unità di misura della coppia nel Sistema Internazionale (SI) è il newton metro (N·m).

Per spiegare cos’è la coppia proviamo a fare un esempio. Prendiamo un barattolo di conserva e provate ad aprirlo, esercitate una coppia di forze come quella che fa ruotare l’albero motore. Anche se i puristi diranno che quello operato dal pistone è un momento torcente, voi non dategli peso, altrimenti non ne usciamo più vivi.

Badate bene che anche se quel maledetto barattolo non si apre, voi comunque avete applicato una coppia di forze! In altre parole, anche se la forza necessaria a raggiungere lo scopo non è bastata, voi comunque l’avete esercitata.

lavoro definizione ed esempio in fisica
Definizione del lavoro in fisica

Facciamo un altro esempio: se un uomo solleva un peso da terra fino a un metro d’altezza, allora ha compiuto un lavoro. Cioè ha impiegato una forza per compiere effettivamente uno spostamento.

In termini più semplici, puoi pensare alla coppia come la forza che fa girare un oggetto attorno a un punto fisso. Ad esempio, quando usi una chiave per stringere una vite, stai applicando una coppia: la forza che eserciti sulla chiave agisce a una certa distanza dalla vite, generando un momento rotazionale che permette di stringere o allentare la vite.

Coppia motrice come lavoro

Ecco perché nella prima definizione data compare la frase: “la coppia rappresenta la capacità di compiere uno sforzo” e non “riesce a compiere lo sforzo necessario!”. L’esempio del barattolo può essere sostituito senza colpo ferire con quello dei pedali della bicicletta.

Quest’ultimo ha sicuramente più affinità con il motore, perché i pedali potrebbero essere i pistoni, che esercitano una forza ad una certa distanza (braccio) dall’asse di rotazione. Però il barattolo a volte non lo apri, mentre è quasi impossibile che facendo forza sui pedali, la bicicletta non si muova!

Coppia esempio barattolo e bicicletta
Coppia esempio barattolo e bicicletta

Soltanto quando l’azione viene portata a termine con successo si può parlare di lavoro. Quindi se la forza applicata risulta sufficiente a determinare uno spostamento, allora per mezzo della coppia abbiamo prodotto un “lavoro”.

Potenza in meccanica, spiegazione ed esempi

Per spiegare cos’è la potenza in meccanica, è necessario invece introdurre il concetto di tempo: è più potente l’uomo che riesce a spostare lo stesso peso dell’esempio precedente nel minor tempo possibile (oppure che a parità di tempo solleva più chili).

Ricapitoliamo: mentre la coppia esprime il vigore, anche se non si concretizza in un’azione compiuta, la potenza può essere valutata esclusivamente se un “lavoro” viene effettivamente portato a termine.
Ecco che abbiamo messo un po’ d’ordine nei concetti senza proferire formula!

potenza in meccanica, definizione ed esempio
Potenza definizione ed esempio

Vediamo di “aggirare” le definizioni entrando nel merito di quello che ci compete: i motori. La potenza non è altri che una forza per una velocità, se guardate la formula che la esprime, vi accorgete che in effetti la potenza è la coppia per il numero di giri del motore.

Concetti di coppia e di potenza

Per comprendere ancora meglio i concetti di coppia e di potenza è d’obbligo fare un esempio concreto, che potete “toccare con mano” tutti i giorni. Quando usate il cambio non fate altro che variare la coppia motrice alle ruote, privilegiando a seconda dei casi la velocità di marcia o il vigore della spinta!

Potenza significato e relativo disegno
Potenza significato in meccanica e relativo disegno

Infatti il cambio non è altro che un moltiplicatore di coppia, che si avvale di una serie d’ingranaggi per raggiungere lo scopo. Il motore riesce ad erogare una determinata coppia e potenza che più o meno coincide con quella disponibile (a parte le perdite per attriti) con il quarto rapporto inserito (anche se nella quasi totalità dei casi quest’ultimo è un po’ più lungo del rapporto diretto).

Concetto di potenza di un motore

La potenza in meccanica è una grandezza fisica che rappresenta il tasso di lavoro svolto o l’energia trasferita in un dato intervallo di tempo. In termini più semplici, indica quanto velocemente un sistema meccanico compie lavoro o quanto rapidamente l’energia viene trasformata o trasferita in un contesto legato al movimento.

La potenza (P) è definita come il rapporto tra il lavoro (W) svolto in un certo intervallo di tempo (Δt):

P = W / Δt

Dove:

  • P è la potenza meccanica
  • W è il lavoro svolto
  • Δt è l’intervallo di tempo

L’unità di misura della potenza nel Sistema Internazionale (SI) è il watt (W), che corrisponde a un joule al secondo (J/s). In altre parole, un watt rappresenta un joule di lavoro svolto o energia trasferita ogni secondo.

La potenza erogata dal motore è sempre la stessa con ogni rapporto, mentre la coppia e le velocità raggiungibili variano a seconda della marcia inserita. Con il primo rapporto si può disporre della massima coppia, ma la velocità che si può raggiungere è la più bassa.

esempio riduzione coppia motrice in rapporto alle marce del cambio
Esempio riduzione coppia motrice in rapporto alle marce del cambio

Man mano che si sale con le marce si può disporre di meno forza, sviluppando però una maggiore velocità. La potenza alla ruota è in ogni caso sempre la medesima, ma è importante notare come l’auto riesca a vincere ogni tipo di resistenza (salite, vento ecc.) quando dispone di una buona dose di coppia ottenuta con i rapporti inferiori.

Potenza e coppia di un motore, le curve

Guardando un grafico che rappresenta i valori della potenza e coppia di un motore si riesce a comprenderne abbastanza bene il “carattere”. Ci sono quelli che hanno una curva di coppia abbastanza piatta ed estesa, quelli che invece presentano un picco e poi scendono con l’aumentare dei giri, ecc.

confronto grafico potenza e coppia motore diesel e benzina
Confronto grafico potenza e coppia tra motore diesel e benzina

Anche guardando nel grafico potenza motore l’inclinazione della curva di potenza o la distanza tra i due picchi di coppia e di potenza, si riesce a capire quanto un motore è “corsaiolo” o meno. Divertitevi pure a “leggere” i grafici e confrontarli, perché può risultare utile anche quando vi troverete a dover fare delle scelte.

Ad esempio ci sono vetture dello stesso modello che dispongono di potenze comparabili ma che sono spinte da motorizzazioni diverse: benzina o turbodiesel. Anche il peso di solito è più o meno lo stesso, ma il vigore del diesel, scaturito da un’erogazione della coppia sempre superiore, permette di ottenere le massime prestazioni con più facilità, in modo più ripetitivo e su ogni tipo di percorso.

Questa maggiore “disponibilità” a collaborare in ogni frangente si ha proprio perché è il vigore della spinta a fare la differenza quando si dispone di pari cavalleria!

Coppia e Potenza spiegata da Emanuele Sabatino EMA

Se sei arrivato qui in fondo dovresti aver compreso i cavalli di coppia e potenza. Nel caso avessi ancora qualche dubbio ti invitiamo a guardare questo video di Emanuele Sabatino sulla coppia e potenza.

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@Copyright testo e tabelle by NEWSAUTO / ELABORARE / MANCINI/ PLINI

Unità misura Coppia e Potenza

UNITA’ MISURA COPPIA L’unità di misura della coppia è il N·m (newtonmetro) o kgm (chilogrammetro); il kgm è 9,81 N·m.

UNITA’ MISURA POTENZA L’unità di misura della potenza è il watt ed equivale a 1 joule al secondo (1 J/s) mentre 1 CV e equivale a circa 735,5 W.

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Giovanni Mancini

Ingegnere meccanico, pilota, giornalista appassionato da sempre di auto e motori. Segue la direzione di questo portale newsauto.it ed è direttore responsabile dei magazine Elaborare, Elaborare 4x4 ed Elaborare Classic da oltre 20 anni riferimento dei "car enthusiast", appassionati di tecnica motoristica, performances e guida sportiva. Nell'anno 2004 ha conseguito il titolo di Campione Italiano nel Campionato Velocità Turismo nelle gare in pista. Tra le tante auto speciali provate: la Mazda 787B vincitrice della 24H di Le Mans nel 1991.

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