Почему мощность гоночных (и вообще всех) машин оценивается в лошадиных силах? Аналогов до сих пор нет? — Окей Гугл: «Формула-1» — Блоги
История, ускорившая промышленную революцию.
Вот уже больше сотни лет одно из главных мерил гоночной машины – мощность мотора, выраженная в лошадиных силах. Даже сейчас в первом же интервью в роли нового шефа «Феррари» Фредерика Вассера одна из главных тем – опровержение прибавки в 30 л.с. с ремаркой «не знаю, откуда берутся эти цифры».
И если задуматься, то использование «лошадиных сил» для двигателей мощностью около 1000 л.с. действительно кажется бредом – зачем сравнивать технику с нереальным табуном животных, которых все равно уже почти не используют для перемещения грузов или людей? А ведь существуют моторы и на 2000, и даже на 3 тысячи лошадиных сил!
Отдельные торпеды c прицелом на рекорды скорости вроде 1200-1600 км/ч и вовсе несут на себе моторы на 135 ТЫСЯЧ л.с. (и да, у этого есть колеса!)
Тем не менее, все так привыкли, что даже такие абсурдные случаи не вызывают слишком уж глубокого когнитивного диссонанса!
Так откуда же взялась эта навязчивая мера, почему так укоренилась и до сих пор остается в языках?
Родился из спора инженера с покупателем о мощности двигателя
Современный мир сложился под влиянием тысяч изобретений, но одним из самых важных новаторов был шотландец Джеймс Уатт.
Про него существует два мифа: он создал паровую машину и ввел в обиход меру «лошадиные силы» – и оба они не совсем верны.
Уатт не «создавал» первую паровую машину, он усовершенствовал уже существующий механизм Томаса Ньюкомена для откачки воды из шахт – ее построили еще в 1712-м. Однако она вышла не слишком эффективной и достаточно опасной – для массового производства и внедрения не подходила, потому далеко не все промышленники рисковали выкладывать за нее много денег.
Экономика Британии же в тот момент находилась на гребне аграрной и пороге промышленной революции: фермеры использовали все больше металлических инструментов в работе, спрос на них рос, добавляясь к спросу на новые типы оснащения для кораблей и мануфактур. Потому в стране расширялась металлургия – прежде всего выплавка чугуна, которая требовала качественного угля. Его и добывали в глубоких шахтах – которые часто затапливались водой. Ее приходилось постоянно откачивать – либо воротом, которые механически приводили в действие лошади, либо насосами.
Первый изобрел еще в 1699-м Томас Севери, а Ньюкомен представил следующую версию.
Владельцы угольных шахт видели будущее именно в машинах, поскольку они не болели, не бастовали, их не могли выкосить болезни. А еще они потребляли уголь – то есть доступное владельцам сырье. Все упиралось именно в эффективность и безопасность.
Тут и выстрелил Уатт – через десятилетия доработок он придумал универсальную паровую машину двойного действия, способную приводить поступательное движение еще и во вращательное.
Его версия дошла до «предпродажной» стадии в 1778-м – причем механизм стал намного стабильнее и безопаснее, мощность увеличилась в 5 раз, и экономия на стоимости топлива составила бы 75%.
Но за те же десятилетия шахтеры либо уже купили машины Ньюкомена, либо из-за постоянных взрывов, отказов и дороговизны (как установки, так и обслуживания) больше не хотели рисковать с инновацией. Требовался серьезный маркетинговый рычаг, который доказал бы преимущества изобретения Уатта.
Здесь-то и появились лошадиные силы. По легенде, инженер придумал их сам, когда вел спор с потенциальным клиентом насчет количества лошадей, которых может заменить изобретение инженера. Клиент решил сжульничать, выбрав самую сильную лошадь и заставив ее крутить ворот изо всех сил, и на основании этого спора Уатт и понял: понятие «лошадиной силы» нужно формулизировать расчетами.
Однако первоначальную идею такой меры, судя по всему, придумал не он, а его компаньон – крупнейший промышленник региона Мэттью Болтон. Уатт почти всю жизнь был прежде всего инженером и наладчиком, а за производственную, финансовую и маркетинговую части отвечал Болтон – который создал в Бирмингеме самый продвинутый завод страны «Сохо Мануфактура» и содержавший главный клуб империи для общения и взаимодействия промышленников и инженеров.
Именно после посещения завода Болтона в 1768-м Уатт восхитился работой Мэттью и познакомился с ним через общего товарища. 6 лет промышленник и инженер вели переписку, Джеймса приглашали в Бирмингем, и в 1774-м он переехал вместе со всеми наработками.
Там Уатт и доводил изобретения до финала при помощи связей Болтона среди других ученых, промышленников и новаторов – и именно Мэттью финансово поддерживал Джеймса и его семью все эти годы, а затем думал, как бы лучше монетизировать результат. Именно промышленник придумал еще один отличный ход для быстрого продвижения изобретения: не покупать машину за полную стоимость, а брать ее в долговременную аренду с оплатой за каждый поворот колеса.
Потому, похоже, идея понятия «лошадиная сила» как маркетингового инструмента для привлечения покупателей принадлежала именно Болтону, а Уатт на ее основе и через споры с клиентами пришел к ее стандартизации и общему виду. Его широко представили в 1789-м.
Неужели аналогов нет и не было? Почему пользуются именно л.с.?
Сейчас официально установленной единицей измерения мощности является ватт – в честь того самого Уатта (это нюансы транслитерации). Ее приняли в 1960-м в Международной системе единиц – одновременно с ее принятием в целом.
До 60-го ваттом пользовались в Британии с 1882-го после принятия на Втором конгрессе Британской научной ассоциации.
А до 1882-го мир пользовался именно лошадиными силами – мера сперва оказалась настолько удачной и понятной всем, что аналогов у нее просто не возникло. Только в Британии же оперировали еще фунто-футами в секунду – то есть силой, необходимой на перемещение 453,592 граммов (фунт) на 0,3048 метра (фут) в секунду.
В целом это вполне походило на логику формирования «лошадиной силы»: Уатт рассчитал ее как 76 кгс*м/с, то есть мощность, которая требуется, чтобы равномерно вертикально поднимать груз массой в 75 кг со скоростью 1 метр в секунду при стандартном ускорении свободного падения.
И вот здесь уже видна главная слабость «лошадиной силы», заключенной в само понятие еще на стадии дизайна и высветленное в легендарном споре с клиентом: бывают разные лошади и разные понятия груза.
Только в XVIII веке лошадиную силу определяли по-разному: Дезагюлье определил мощность лошади в 103 кгс·м/с, Смитон – в 53 кгс·м/с, Тредгольд – в 64 кгс·м/с, Уатт – в 76 кгс·м/с.
Ватт же в этом смысле определен весьма однозначно: как мощность, при которой за 1 секунду времени совершается работа в 1 джоуль. То есть, переводя на предыдущий пример, 1 вт равен 0,102 кгс·м/с.
А «лошадиных сил» за два столетия развелось…. Очень много!
Например, «метрическая лошадиная сила» – 735,49875 вт.
А есть «британская лошадиная сила» для автомобилей – 745,69988145 вт.
Есть и «электрическая лошадиная сила» – равна точно 746 ваттам.
А в России она одновременно официально выведена из употребления, но применяется для расчета транспортного налога и ОСАГО – называется «налоговой лошадиной силой» и равна 735,499 вт.
Потому сейчас «лошадиную силу» считают устаревшей: Международная организация законодательной метрологии (создана специально для унификации единиц измерений по всему миру) относит ее к единицам измерения, «которые следует изъять из обращения как можно скорее там, где они используются в настоящее время, и не вводить впредь, где они еще не используются».
Но мир слишком привык за 250 лет.
К тому же, до четвертой четверти XIX века существовали в основном те двигатели, для которых «лошадиные аналоги» были еще максимально логичными. Первые электромоторы появились только в 1832-м и до широкого применения шли еще дольше, чем паровые машины, как и прочие электроприборы. А дальше именно развитие техники на электричестве продвинуло ватты в широкое обращение – ведь было бы смешно описывать мощность лампочки в лошадиных силах или в фунто-футах в секунду.
И, казалось бы, теперь должно произойти замещение меры мощности и на автопром – после распространения электромобилей. Они существовали уже в конце XIX века, но только после современного «возрождения» их массового производства немецкие производители вроде «Фольксвагена», «БМВ» и «Мерседеса» перешли на ватты и для машин.
Однако лошадиные силы так навязли, что их до сих пор указывают в скобках! А на официальном сайте «Теслы» мощность всех моделей – вновь только в л.с. для удобства понимания и сравнения уже с традиционными бензиновыми авто.
Настолько все привыкли. Так что продолжение использования того же термина для более «традиционной» техники выглядит пока безальтернативным.
А вы за «лошадки» или за ватты?
Сколько в «Ф-1» тратят на переезды между Гран-при? Как перевозят машины? 300 тонн грузов и 133 тысячи км за год
Шедевральное объяснение главной силы болида «Ф-1» – с постера и лого чешской «Татры» 30-х
Где у команд «Ф-1» базы? Нарисовали на карте мира: почти все – в одной зоне одного острова
Фото: globallookpress.com/Mohssen Assanimoghaddam; unsplash.com/Egor Myznik, Helena Lopes; wikipedia.org
Почему мы измеряем мощность в лошадиных силах
Самобеглые повозки давным-давно заменили лошадей, но мы всё равно продолжаем измерять мощность их моторов в лошадиных силах. Но зачем? Почему бы не избавиться от этого архаизма?
Теги:Нетленка
История
Как это устроено
Эксперимент
Эксперименты
Лошадиная сила, безусловно, одна из самых ироничных единиц измерения.
Её присутствие в механической форме практически устранило необходимость использования «биологических» лошадиных сил, вот только мощность любых автомобилей мы по-прежнему измеряем в старых добрых «лошадях». Представьте, если бы мы до сих пор оценивали яркость лампочки в свечах! Так откуда же появился этот термин?
Оказывается, его придумал Джеймс Ватт — знаменитый шотландский инженер и изобретатель. В 1763 году его попросили отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена. Макет был оснащен двухдюймовым цилиндром и имел рабочий ход поршня в шесть дюймов. После серии экспериментов Ватт заменил металлический цилиндр на смазанный льняным маслом и высушенный в печи деревянный, а также уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды.
Макет заработал, а изобретатель убедился в неэффективности паровой машины и внёс в конструкцию многочисленные усовершенствования, которые подняли производительность более чем в четыре раза. Как результат, работы Ватта положили начало промышленной революции сначала в Англии, а затем и во всём мире.
Но чтобы паровые машины хорошо продавались, покупателям нужно было наглядно и доступно объяснить их достоинства.
К примеру, продемонстрировать, работу скольких лошадей способны заменить эти самые паровые машины. В то время в Англии для поднятия из шахт угля, воды и людей использовались бочки объёмом от 140,9 до 190,9 л. Один баррель весил 172,4 килограмма, а вытащить такую бочку могли две лошади за канат, перекинутый через блок. Усилие средней лошади в течение 8 часов работы составляет 15% от её веса или 75 килограмм-сил при массе лошади в 500 кг.
Ватт пришел к выводу, что бочку массой 180 килограммов могут вытянуть из шахты две лошади со скоростью 2 мили/ч. Тогда, умножив ½ барреля на 2 мили/ч, получим, что одна лошадиная сила равна 1 баррель · миля/ч. Округлив расчеты в фунто-футах за минуту, изобретатель решил, что лошадиная сила будет равна 33000 фунто-футов в минуту. В большинстве европейских стран и России лошадиная сила определяется как 75 кгс·м/с, то есть как мощность, затрачиваемая при равномерном вертикальном подъёме груза массой в 75 кг со скоростью 1 м/с и стандартном ускорении свободного падения.
В таком случае 1 л.с. составляет ровно 735,49875 ватт — эту величину ещё называют «метрической лошадиной силой». На Втором Конгрессе Британской Научной ассоциации в 1882 году была принята новая единица измерения мощности — «ватт», названная, собственно, в честь Джеймса Ватта. Но вместо виртуальных ваттов мы предпочитаем использовать старые добрые лошадиные силы. Согласитесь, так гораздо понятнее.
youtube
Нажми и смотри
Почему мы измеряем мощность двигателей мощностью лошадей?
Лошадиная сила. Одно это слово вызывает желание поставить в очередь классического хрюкающего Тима Тейлора по прозвищу «Инструментарий» из американского ситкома 90-х годов «Улучшение дома ». Слово, которому предшествует число, представляющее общую выходную мощность двигателя транспортного средства. Разбивается ли это на мощность двигателя (л.
с.), тормозную мощность (л.с.) или мощность колеса (л.с.), зависит от того, где она измеряется и какой динамометр используется. Однако в этой статье основное внимание уделяется не различиям как измеряется сила, но почему сила измеряется в такой непонятной единице как Лошадь. В связанном видео к этой статье (выше) Джейсон Фенске из Engineering Explained дает нам полную математическую разбивку знаменитой единицы.
Чтобы узнать историю этой странной единицы измерения, мы должны запрыгнуть в наш DeLorean и отправиться в прошлое. Наши пылающие следы шин переносят нас в конец 18-го века, вскоре после рождения Соединенных Штатов Америки и незадолго до того, как эти несчастные души заболели дизентерией на Орегонской тропе. Время, когда лошадь и повозка были доминирующим средством передвижения, а сама лошадь обычно использовалась для выполнения рабочих задач. Здесь мы находим создателя могучей паровой машины: Джеймса Уатта.
Независимо от того, в каких единицах вы предпочитаете измерять, на динамометрическом стенде измеряется крутящий момент.
Мощность — будь то лошадиные силы, л.с., CV или киловатт — рассчитывается на основе показаний крутящего момента на динамометрическом стенде.
Как Джейсон любезно рассказывает нам в своем видео, Джеймс Уатт создал лошадиную силу, чтобы действовать как единица измерения мощности его теперь усовершенствованных паровых двигателей. Теория состоит в том, что одна лошадь прилагает 180 фунтов силы (или lbf ), чтобы вращать мельницу с радиусом 12 футов со скоростью 2,5 оборота в минуту или об/мин, если хотите. Как ни странно, нет никакой истории или сведений о том, как Уатт пришел к выводу, что начальная производительность указанной лошади составляла 180 фунтов силы.
Еще более странно то, что Уатт решил упростить окончательные расчеты выходной мощности, проигнорировав истинные результаты формулы мощности (33 929 фут-фунт силы в минуту, или фут-фунт-сила/мин ) и адаптировав свой собственный результат 32 400 фут-фунт-сила/мин, исходя из того, что лошадь движется со скоростью примерно 60 ярдов в минуту вокруг мельницы.
Позже Ватт переосмыслил свой подход и округлил до 33 000 ft-lbf/min, что уводит нас еще дальше в царство квантовой путаницы. На этот раз, по крайней мере, цифры были довольно близки к точным.
Теперь, когда все и убраны с пути, мы можем добраться до сути лошадиных сил. Чтобы упростить, вы можете сократить 33 000 футо-фунтов/мин до 550 футо-фунтов/с. Это означает, что лошадь может поднять примерно 550 фунтов на высоту 1 фут за 1 секунду (например, с помощью веревки и шкива на потолке). Итак, если записать это в простейшей форме, вы получите: 1 л.с. = 550 ft-lbf/s . Основываясь на этом окончательном расчете, мы теперь можем предположить, что можно измерить мощность двигателя транспортного средства, привязав автомобиль к той же системе шкивов и увидев, как далеко груз поднимается за одну секунду. Например, если транспортное средство поднимает вес на 15 футов за одну секунду, это в 15 раз сильнее лошади. В итоге получается 15 лошадиных сил (15 x 1 л.с.
= 15 л.с.).
Пришло время перепрыгнуть через пруд и запутать вас по-европейски. Общеизвестно, что в Европе вместо американской имперской системы используется метрическая система. Это не только означает, что расчеты немного отличаются, поскольку они используют кгс-м/с (килограмм-метров силы в секунду), но и номенклатура отличается в зависимости от того, в какой стране вы находитесь.
Используете ли вы Немецкий PferdeStärke (PS), итальянский Cavallo Vapore (CV) или французский Cheval Vapeur (CH), все они переводятся одинаково: Лошадиная сила .
Европейские номинальные мощности, как правило, ниже, чем у того же автомобиля в США, и Джейсон отлично справляется с математикой и точно объясняет, почему на 7:00-минутной отметке своего видео.
Немного математики Фенске, объясняющей, как рассчитывалась (и рассчитывается) единица лошадиных сил.
Будь проще «Почему мы до сих пор полагаемся на эту «обратную сторону математики», — спрашивает Фенске, когда есть более простая единица измерения: Вт .
Названный в честь самого человека, 1 ватт = 1 кгм²/с³. Казалось бы, более простое измерение… Верно?
Итак, почему ДЕЛАЕМ мы?
Потому что лошадиные силы решают все.
В чем разница между BHP, HP, кВт и PS?
Производители часто могут выбирать между блоками питания, поэтому вот краткое изложение того, что они все приравнивают к
.Напомнить позже
Силовые агрегаты всегда являются главной фигурой, связанной с любым новым автомобилем с высокими характеристиками, и могут служить источником интересных сравнений между автомобилями по всему спектру автомобильного производства.
Мощность как единица измерения является мерой того, насколько быстро и насколько далеко двигатель может толкать автомобиль вперед, причем эта сила представляет собой крутящий момент, создаваемый внутренним сгоранием. В технике это обобщается как количество «работы», которую должен выполнять автомобиль, чтобы двигаться вперед, и с первых дней внутреннего сгорания принимало множество форм.
Киловатт
1 кВт = 1,341 л.с.
Технически эта форма измерения является наиболее унифицированным методом измерения мощности и используется всеми инженерами во всем мире. Ватты — это единица СИ (Международная система), что означает, что они основаны на метре, килограмме, джоуле и секунде, которые составляют метрическую систему. Это измерение передачи энергии с течением времени, и это именно та работа, которую выполняет двигатель внутреннего сгорания.
Используемый в качестве единицы для автомобилей в основном в Южном полушарии, киловатт можно измерить, найдя значение крутящего момента от колес на катящейся дороге, а затем применив следующее уравнение:
киловатта — это современный взгляд на выходную мощность автомобиля, и я не удивлюсь, если использование этой формы станет нормой в Европе, хотя может потребоваться гораздо больше, чтобы убедить американцев сделать переход.
Хотя с учетом появления электромобилей было бы очень разумно начать переключение, поскольку возможности электродвигателей измеряются в кВтч (киловатт-часах), что определяет, как долго электродвигатели могут производить определенное количество энергии. мощность для.
Лошадиная сила
Созданная мастером парового двигателя — мистером Джеймсом Ваттом — эта единица мощности каким-то образом дожила до наших дней в качестве основной единицы измерения мощности новых автомобилей там, откуда я родом. Лошадиная сила считалась эквивалентной лошади, передвигающей 33 000 фунтов массы на один фут за одну минуту. Теперь никто не знает, насколько большой была эта лошадь, была ли она особенно здоровой или нет… но давайте просто продолжим. Эта новообретенная единица позволила Уатту провести прямое сравнение между его паровозами и обыкновенными лошадьми, которые доминировали в транспортном бизнесе вплоть до изобретения парового двигателя.
Лошадиные силы по-прежнему остаются основным источником энергии для нас, автолюбителей в Великобритании и многих других в США, предотвращая любое внешнее влияние из континентальной Европы и Австралазии. Опять же, этот силовой агрегат можно найти путем преобразования крутящего момента, используя уравнение, аналогичное тому, что и для Watt:
Поэтому в США рассчитываются более высокие показатели «HP», чем значения BHP, рассчитанные в Европе, где каждый компонент остается на месте.WHP или мощность на колесе — это более важный показатель полезной мощности, производимой двигателем, поскольку он рассчитывается с использованием точного крутящего момента, который проходит через трансмиссию и приводит в движение колеса.
ПС
1 л.с. = 0,986 л.с.
л.с. расшифровывается как pferdestärke, что переводится просто как лошадиная сила, но в него были внесены некоторые изменения, чтобы попытаться вывести старый добрый HP в 21 век. Эта метрическая лошадиная сила была принята по всей Европе в качестве нового стандарта измерения мощности и, вероятно, полностью проникнет в сознание британцев в недалеком будущем.
Официальным техническим стандартом для метрической лошадиной силы является мощность, необходимая для подъема груза массой 75 кг на один метр по вертикали за одну секунду, что после преобразования из британской системы в метрическую соответствует цифре на 1,4 % больше, чем старые имперские единицы.