Як працює кінська сила

Швидше за все, ви чули про кінську силу. Практично в кожному оголошенні про автомобіль на телевізорі це згадується, люди, які говорять про свої автомобілі, розмовляють, і навіть на більшості газонокосарок є велика наклейка, щоб повідомити вам рейтинг потужності.

Але що таке кінські сили, і що означає потужність кінських сил з точки зору продуктивності? У цій статті ви точно дізнаєтеся, що таке кінська сила та як можна застосовувати її у своєму повсякденному житті.

Термін кінських сил був винайдений інженером Джеймсом Ваттом. Уатт жив з 1736 по 1819 рік і найбільш відомий своєю роботою з підвищення продуктивності парових машин. Про нього нам також щодня нагадують, коли ми говоримо про 60-ватні лампочки.

Історія розповідає, що Ватт працював з поні, піднімаючи вугілля на вугільній шахті, і він хотів, щоб говорити про потужність, яку має одна з цих тварин. Він виявив, що в середньому шахтний поні може зробити 22000 фунтів фунтів роботи за хвилину. Потім він збільшив це число на 50 відсотків і прив'язав вимірювання кінських сил до 33000 фунтів фунтів роботи за одну хвилину. Це та довільна одиниця виміру, яка пробилася століттями і тепер з’являється на вашому автомобілі, газонокосарці, бензопилі і навіть у деяких випадках на вашому пилососі.

Що означає кінська сила: на думку Ватта, один кінь може виконувати 33000 фунтів фунтів роботи щохвилини. Отже, уявіть собі коня, який видобуває вугілля з вугільної шахти, як показано вище. Кінь, що докладає 1 кінську силу, може підняти 330 фунтів вугілля 100 футів за хвилину, або 33 фунтів вугілля 1000 футів за одну хвилину, або 1000 фунтів 33 футів за одну хвилину. Ви можете скласти будь-яку комбінацію ніг і кілограмів, яка вам подобається. Поки продукт становить 33000 фунтів за одну хвилину, у вас є кінська сила.

Ви, мабуть, можете собі уявити, що ви не хочете завантажувати 33000 фунтів вугілля у відро і просити коня рухати його на 1 фут за хвилину, оскільки кінь не міг зрушити з місця такий великий вантаж. Ви, мабуть, також можете собі уявити, що не хотіли б покласти 1 фунт вугілля у відро і попросити коня пробігти 33000 футів за одну хвилину, оскільки це означає 375 миль на годину, і коні не можуть бігти так швидко. Однак, якщо ви читали, як працює блок та снасть, ви знаєте, що за допомогою блоку та снасті ви можете легко обміняти сприйняту вагу на відстань, використовуючи розташування шківів. Таким чином, ви можете створити систему блокування та вирішення, яка забезпечує зручну кількість ваги на коні зі зручною швидкістю, незалежно від того, скільки ваги насправді знаходиться у відрі.

Кінську силу можна перетворити і в інші одиниці. Наприклад:

1 кінська сила еквівалентна 746 Вт. Отже, якщо ви взяли коня потужністю 1 кінську силу і поклали його на бігову доріжку, він міг би працювати з генератором, що подає безперервні 746 Вт.
1 кінська сила (протягом години) еквівалентна 2545 BTU (британські теплові одиниці). Якби ви взяли ці 746 Вт і пропустили його через електронагрівач протягом години, то вийшло б 2545 БТЕ (де БТУ - це кількість енергії, необхідної для підвищення температури 1 фунт води на 1 градус F).
Один BTU дорівнює 1055 джоулів, або 252 грам калорій або 0,252 калорій їжі. Імовірно, кінь, що виробляє 1 кінську силу, спалив би 641 калорію за одну годину, якби він був на 100 відсотків ефективним.

У цій статті ви дізнаєтеся все про кінську силу та що це означає у зв'язку з машинами.

Якщо ви хочете знати потужність двигуна, ви підключаєте двигун до динамометр. Динамометр розміщує навантаження на двигуні і вимірює кількість потужності, яку двигун може виробляти проти навантаження.

Подібним чином, якщо ви прикріплюєте вал до двигуна, двигун може застосовувати крутний момент до валу. Динамометр вимірює цей крутний момент. Ви можете легко перетворити крутний момент на кінську силу, помноживши крутний момент на об/хв/5,252.

Ви можете отримати уявлення про те, як працює динамометр, таким чином: Уявіть, що ви вмикаєте двигун автомобіля, ставите його в нейтральне положення і встановлюєте на підлогу. Двигун працював настільки швидко, що вибухнув. Це нічого хорошого, тому на динамометрі ви застосовуєте навантаження до підлогового двигуна і вимірюєте навантаження, яку може витримати двигун при різних оборотах двигуна. Ви можете зачепити двигун за динамометр, встановити його на підлогу та використовувати динамометр, щоб прикласти до двигуна достатньо навантаження, щоб підтримувати його, скажімо, на 7000 об/хв. Ви реєструєте, скільки навантаження може витримати двигун. Потім ви застосовуєте додаткове навантаження, щоб збити частоту обертання двигуна до 6500 об/хв і записати там навантаження. Потім ви застосовуєте додаткове навантаження, щоб знизити його до 6000 об/хв тощо. Ви можете зробити те ж саме, починаючи з 500 або 1000 об/хв і рухаючись вгору. Те, що насправді вимірюють динамометри, це крутний момент (у фунт-футах), і для перетворення крутного моменту в кінську силу ви просто помножуєте крутний момент на об/хв/5,252.

Графічна потужність

Якщо ви складаєте графік потужності в порівнянні зі значеннями об/хв для двигуна, ви отримуєте a крива кінських сил для двигуна. Типова крива потужності для високопродуктивного двигуна може виглядати так (це буває кривою для двигуна потужністю 300 кінських сил у Mitsubishi 3000 з подвійним турбонаддувом):

На такий графік вказує, що будь-який двигун має пікова кінська сила -- значення об/хв, при якому потужність, доступна двигуном, є максимальною. Двигун також має піковий крутний момент при певних об/хв. Це часто можна побачити в брошурі чи огляді журналу як "320 к.с. при 6500 об/хв, крутний момент 290 фунтів-футів при 5000 об/хв" (цифри для серії Shelby 1999 року). Коли люди кажуть, що у двигуна "багато низького крутного моменту", вони мають на увазі те, що піковий крутний момент виникає при досить низьких значеннях об/хв, таких як 2000 або 3000 об/хв.

Ще одне, що ви можете побачити з кривої потужності автомобіля, - це місце, де двигун має максимальну потужність. Коли ви намагаєтесь швидко розігнатися, ви хочете спробувати утримати двигун на максимальній точці на кривій. Ось чому ви часто зменшуєте швидкість для прискорення - зменшуючи швидкість, ви збільшуєте оберти обертів двигуна, що, як правило, наближає вас до точки пікової потужності на кривій. Якщо ви хочете "запустити" свою машину зі світлофора, ви, як правило, обертаєте двигун, щоб налагодити роботу двигуна на пікових обертах, а потім відпускаєте зчеплення, щоб скинути максимальну потужність на шини.

Одна з областей, де люди найбільше говорять про кінську силу, - це область високопродуктивних автомобілів. У наступному розділі ми поговоримо про зв’язок там.

Уявіть, що у вас є великий торцевий ключ із 2-футовою ручкою на ньому, і ви прикладете 50 фунтів сили до цієї 2-футової ручки. Те, що ви робите, - це застосувати до болта крутний момент або силу повороту в 100 фунтів футів (50 фунтів на 2-футову ручку). Ви можете отримати ті самі 100 фунтів футів крутного моменту, приклавши 1 фунт сили до кінця 100-футової ручки або 100 фунтів сили до 1-футової ручки.