Лошадиная сила

Практически каждый человек слышал о «лошадиных силах». Ими, обычно, измеряют мощность двигателей, например, у автомобилей.

Термин лошадиная сила изобрел инженер Джеймс Ватт. Ватт жил с 1736 по 1819 год и приобрел всемирную известность своей  неустанной работой по повышению производительности парового двигателя. Мы также вспоминаем о нем почти каждый день, заменяя 60 ваттные электролампочки или включая электрический фен на 1000 ватт.

История гласит, что Ватт экспериментировал с пони (породой низкорослых лошадок), которые поднимали уголь из угольной шахты. Он хотел, чтобы можно было говорить о мощности этих животных. Ватт обнаружил, что, в среднем, шахтный пони мог поднять 550 фунтов угля на высоту 1 фут за 1 секунду при рабочем дне, продолжительностью в 8 часов. Таким образом, лошадиная сила стала равна 33000 футофунтов (фут*фунт) работы в одну минуту. Вот так и получилось, что весьма произвольная единица измерения, придуманная Ваттом и применявшаяся на протяжении веков, и сейчас действует для измерения мощности вашего автомобиля или газонокосилки.

Что означает лошадиная сила? Это значит, что одна лошадь может сделать 33000 футофунтов работы каждую минуту. Итак, представьте себе лошадь, вытаскивающую уголь из угольной шахты. Лошадь, развивая 1 лошадиную силу, может поднять 330 фунтов угля на высоту 100 футов в минуту, или 33 фунта угля на 1000 футов в минуту, или 1000 фунтов угля на 33 фута в минуту. Вы можете приводить любые комбинации футов и фунтов, как вам заблагорассудится. До тех пор, пока получается 33000 футофунтов в одну минуту, у вас будет получаться одна лошадиная сила.

Трудно представить, что случится, если загрузить в огромную бочку 33000 фунтов (14,969 тонны) угля и заставить бедную лошадь переместить такой груз на 1 фут вверх за минуту, потому что лошадь вряд ли сможет сдвинуть с места этот тяжелый груз. Также трудно себе представить, как лошадь сможет переместить 1 фунт угля со скоростью 33000 футов за минуту (603,48 км/час), что сопоставимо с рекордами скорости на автомобиле. Поэтому не стоит искать глубокий смысл в величине лошадиной силы.

То, что лошадь может развивать значительно большую мощность, чем ровно 1 лошадиная сила — отлично иллюстрирует этот рисунок. Сомнительно, чтобы газонокосилка смогла бы сдвинуть с места хотя бы одно бревно из этого штабеля.

Лошадиная сила – внесистемная единица мощности. В системе СИ мощность измеряется в ваттах (Вт).

Лошадиные силы могут быть преобразованы в другие системы измерений. Например, 1 метрическая лошадиная сила эквивалентна 735,5 Вт. Так что если вы возьмете 1-сильную лошадь и поставите ее на беговую дорожку, она сможет приводить в действие электрический генератор, создавая 735,5 Вт.

Мощность среднестатистического человека оценивается в 0,1 лошадиную силу. Не густо…

Можно переводить лошадиные силы в калории, амперы, вольты, люмены.

 

Измерение лошадиных сил

Если вы хотите узнать количество лошадиных сил в двигателе, вы можете подключить его к прибору, называемому динамометр. Динамометром можно измерить силу или момент силы в виде крутящего момента.

Представьте, что у вас большой торцовый ключ с невесомой ручкой длиной 2 фута, и вы прилагаете 50 фунтов  силы на конец этой ручки. Этим вы создаете крутящий момент или поворотное усилие в 100 футофунтов. Вы могли бы получить те же 100 футофунтов крутящего момента, прикладывая 100 фунтов силы на расстоянии 1 фута или 1 фунт силы к 100 футовой ручке. Здесь есть нюанс, что масса такой ручки будет очень значительна сама по себе и может создавать крутящий момент от собственного веса, поэтому мы и считаем ее невесомой.

Аналогично, если вы приложите динамометр к валу двигателя, то сможете определить крутящий момент на валу. Вы можете легко преобразовать крутящий момент в лошадиные силы, умножив его на количество оборотов в минуту и разделив на 5252

             Момент * об/мин
Л.С. = ————————-
5252

 Что же создает этот самый крутящий момент на валу двигателя? Его создает движение поршней, которые посредством шатунов, соединяющих их с коленчатым валом, преобразуют свое поступательное движение вверх-вниз внутри цилиндра, во вращательное движение вала.

 

Построение графиков мощности и крутящего момента

Если вы отложите значение лошадиных сил, соответствующие значению количества оборотов в минуту для двигателя, в итоге вы получите график кривой  мощности для двигателя (Hp). Таким же образом строится график значений крутящего момента (Torque).

Типичный график мощности и крутящего момента для двигателя Mitsubishi 3000 twin-turbo:

На этом графике видно, что любой двигатель имеет пик мощности при определенном количестве оборотов в минуту. У данного двигателя это значение составляет 300 л.с. при 6000 об/мин. Любой двигатель также обладает пиком крутящего момента при определенных оборотах. В этом случае максимальный крутящий момент составляет 310 футофунтов при 2500 оборотах в минуту.

В странах с метрической системой для измерения крутящего момента вместо футофунтов применяют Ньютонметры (Н*м), так же именуемые «Ном». Переводной коэффициент из футофунтов в Ньютонметр  равен 1,3558

Когда люди говорят, что двигатель имеет «высокий крутящий момент на низких оборотах», то они имеют в виду, что максимальный крутящий момент достигается на довольно низких оборотах, например, на 1700 об/мин.

Особенно высокими значениями крутящего момента обладают дизельные и бензиновые двигатели с наддувом.