Мы привыкли считать мощность двигателей внутреннего сгорания в лошадиных силах, хотя эта единица измерения внесистемная, имеет несколько разных эталонов с отличающимися значениями да и, в целом, слабо коррелирует с характеристиками непарнокопытных. Как рассчитываются лошадиные силы, что этот термин обозначает и какую на самом деле способна развить мощность одна лошадь — читайте в нашем материале.
В XVIII веке ученые задались целью рассчитать полезную мощность лошади при длительной нагрузке. Это нужно было для оценки выполняемой работы лошадьми, используемых тогда в качестве основного тяглового скота. Британские ученые Джон Теофил Дезагюлье, Джон Смитон и Джон Харфильд Тредгольд определили мощность лошади в 103 кгс·м/с, 53 кгс·м/с и 64 кгс·м/с соответственно, а у шотландца Джеймса Уатта получилось 76 кгс·м/с — значения у всех отличались.
В 1789 году Джеймс Уатт проявил инициативу и первым ввел в обиход термин «лошадиная сила», стремясь показать значительные преимущества его паровых машин по сравнению с лошадьми. Несмотря на то, что его расчеты не совпадали с коллегами, термин «лошадиная сила» прижился и используется и по сей день для измерения мощности двигателей. Зачем Уатту понадобилось считать мощность в лошадях мы тоже расскажем, но для начала углубимся в теорию.
Какие эталоны лошадиных сил есть
Из-за различных способов расчетов и единиц измерения существует несколько эталонов лошадиной силы:
Как измеряются лошадиные силы
Наибольшее распространение получило две определения лошадиных сил — механическая мощность (или британская лошадиная сила), составляющая около 745,7 Вт, и метрическая мощность, составляющая примерно 735,5 Вт. Методика расчетов одинакова, однако из-за разницы в единицах измерения получаются разные значения.
Как рассчитывается механическая лошадиная сила
Значение механической лошадиной силы в 746 Ватт вычислил шотландский инженер Джеймс Уатт с целью доказать эффективность собственных паровых машин по сравнению с традиционным на то время источником энергии — лошадью. Для этого он замерил, с какой скоростью лошади поднимают из шахты тяжелые бочки (по другим данным он также замерял скорость вращения лошадью мельничного колеса, получив сопоставимые данные).
Одна механическая лошадиная сила — это способность поднять груз весом 550 фунтов (250 кг) на 1 фут (0,3048 метра) за 1 секунду. В результате расчетов получается, что одна лошадиная сила равна 745,69987 Ватт.
Методика расчета механической лошадиной силы
Джеймс Уатт вычислил усредненное значение мощности лошади за большой промежуток времени. Пиковые тяговые возможности животного он не учитывал, хотя самое понятие мощности подразумевает как раз вычисление мгновенной скорости передачи энергии.
Усредненные значения были удобны для Уатта, так как это в выгодном свете выставляло его паровые машины. При этом уже доказано, что кратковременно здоровая лошадь способна развивать мощность до 1000 кгс·м/с, что соответствует 9,8 кВт. Если перевести киловатты в лошадиные силы, то получится, что одна лошадь может выдавать до 13,3 л.с. на короткий промежуток времени. По другим данным, крепкая лошадь может выдавать до 14,88 л.с. (11 кВт) в моменте.
Для сравнения, физически здоровый человек кратковременно способен создать мощность в 1,2 лошадиную силу, тренированные спортсмены — до 2,5 л.с. По расчетам ученых, ямайский спринтер Усэйн Болт выдал максимальную мощность в 3,5 л.с. за 0,89 секунды, установив мировой рекорд в беге на 100 метров за 9,58 секунды в 2009 году.
Как рассчитывается метрическая лошадиная сила
В Европе для обозначения мощности двигателей внутреннего сгорания используется определение метрической лошадиной силы. Так, DIN 66036 называет лошадиной силой способность поднять груз весом в 75 кг на 1 метр за 1 секунду, преодолевая силу тяжести в 9,80665 м/с². Используя формулу 75 кгс·м/с получается, что одна лошадиная сила составляет 735,49875 Вт.
Методика расчета метрической лошадиной силы
Несмотря на популярность этой метрики, после внедрения Директивы ЕС 80/181/EEC, с 1 января 2010 года использование лошадиных сил в ЕС стало разрешено только в качестве дополнительной единицы, а основной единицей мощности должны стать Ватты. Но производители автомобилей наряду с Ваттами по-прежнему приводят данные по мощности двигателей в лошадиных силах, так как это более привычные и понятные значения для автовладельцев.
Заключение
Несмотря на то, что Джеймс Уатт немного схитрил, его расчеты были верными. Да, лошадь может выдать кратковременно до 15 л.с., но в течение дня ее средняя мощность примерно и равна одной лошадиной силе. Если бы Уатт сравнивал пиковую мощность лошади с пиковой мощностью паровой машины — его разработки были бы не так привлекательны на рынке. Как убедить магната покупать дорогую машину с мощностью как у лошади, которая и так у того уже есть?
Поэтому Уатт зашел с другой стороны и показал, насколько больше работы способны выполнить его паровые машины за единицу времени по сравнению с живой силой. Мощность машины в 15 лошадиных сил — выглядит в рекламных буклетах гораздо увереннее одной или двух «лошадок». А когда паровые машины доказали свою эффективность, методика расчетов мощности отошла на второй план. Это говорит о том, что шотландец был не только успешным инженером и изобретателем, а и хорошим маркетологом. Благодаря его стараниям свершилась промышленная революция и дело было не только в изобретениях, а и в умении «продать» нужные цифры.
Кстати, лошадь не единственное животное, получившее популярность в автомобильном мире. Так, в Швеции придумали испытывать маневренность автомобилей с помощью «лосиного теста». Виной всему лоси, которые часто устраивают ДТП в живописном королевстве.
Читайте также в нашем журнале:
