Статью можно послушать. Если вам так удобнее, включайте подкаст.
Единица измерения «лошадиная сила» известна всем автомобилистам — да и не только им. Но что она вообще значит? Кому пришла идея измерять мощность двигателей в конях и зачем? И главное, как этот показатель соотносится с возможностями реального копытного? Казалось бы, в одной лошади должна быть одна лошадиная сила. Но на деле всё сложнее.
Впервые лошадиную силу (англ. horsepower) как единицу измерения шотландский инженер и механик Джеймс Уатт, который прославился созданием универсальной паровой машины. Популярное заблуждение гласит, что паровой двигатель придумал именно он, но на самом деле изобретатель усовершенствовал агрегат Томаса Ньюткомена. Тем не менее именно его творение положило начало промышленной революции в Англии.
Паровая машина Ньюткомена потребляла слишком много топлива и была не так эффективна. Поэтому Уатт, чтобы убедить промышленников переходить на его модель, им следующую схему оплаты. Он поддерживает работоспособность установленного им парового двигателя, а взамен получает регулярные платежи. Составлять они будут треть денег, сэкономленных клиентом при покупке угля. Такая «подписка» оказалась выгодной, и машину стали покупать.
Но когда Уатта пригласили собрать паровой двигатель для мельницы двух лондонских пивоваров Годвина и Уитбреда, схема дала сбой. Те использовали для вращения жерновов старых добрых лошадей, поэтому аргумент с экономией угля не подействовал. Уатт оказался в затруднительном положении: как ему продемонстрировать, насколько выгоднее будет паровая машина по сравнению с копытными?
Напрямую измерить потребление фуража лошадью и машиной не представлялось возможным, поскольку котёл не был рассчитан на топку сеном.
И чтобы переманить на свою сторону фанатов проверенной временем технологии в виде тягловой скотины, Уатт и разработал «лошадиные силы». Он наблюдал за работой мельничного механизма и , что средняя лошадь способна повернуть колесо радиусом 12 футов (3,7 м) 144 раза в час, или 2,4 раза в минуту.
Зная это, Уатт вычислил, что животное может развивать тягловое усилие в 180 фунтов-сил — это примерно 800 ньютонов. Мощность — это работа, совершаемая за единицу времени. И Джеймс определил этот показатель лошади как 32 572 фут-фунтов в минуту. Затем он это число до 33 000 фут-фунтов силы в минуту (44 742 Дж). То есть одна лошадиная сила — это примерно 745,7 Вт.
А затем Уатт мощность своей машины, использовав площадь её поршня в квадратных дюймах, среднее избыточное давление пара в фунтах на квадратный дюйм и скорость поршня в футах в минуту. И пришёл к выводу, что его машина выдаёт 10 лошадиных сил.
Так инженер смог доказать клиентам, что его агрегат лучше лошади. Он не только мощнее, но и в отдыхе не нуждается, навоз не производит и копытом лягнуть не может.
С промышленной революцией лошадиная сила Уатта стала главной мерой измерения мощности. Долгое время во всём мире только ею и пользовались. Но из-за того, что кони друг от друга отличаются, цифры у разных механиков тоже были . Инженеры и физики Джон Смитон, Джон Дезагулье, Томас Тредголд — все пытались высчитать наиболее стандартизированную лошадиную силу в вакууме. И у всех результаты расходились.
Неудивительно, что на Втором Конгрессе Британской Научной ассоциации в 1882 году, спустя 63 года после смерти Уатта, была современная единица мощности Вт, названная в честь него и призванная заменить лошадиную силу.
Но от использования лошадиных сил не отказались — более того, множество их разновидностей. Так, существуют метрические л. с., которыми сейчас пользуются в большинстве европейских стран. Это 75 кгс·м/с, или 735,49875 Вт, то есть чуть меньше уаттовских лошадиных сил. Ещё есть гидравлические, механические, электрические и даже налоговые л. с. С помощью последних определяют величину налога на транспортные средства. В США же имеются также так называемые котловые л. с., которыми измеряют способность котла подавать пар в двигатель. В общем, к реальным возможностям реальных коней этот показатель давно уже и не стараются привязывать.
Но если взять уаттовскую лошадиную силу — значит ли это, что именно такова мощность копытного? Нет, не совсем. Дело в том, что он рассчитывал этот параметр, ориентируясь на скорость, которую лошадь способна поддерживать, вращая колесо целый день. Естественно, это была не максимальная производительность животного. Если бы его заставляли скакать вокруг колеса на полной скорости, оно выдало бы в разы больше, прежде чем упало бы от перенапряжения.
Биологи Роберт Стивенсон из Университета Массачусетса в Бостоне и Ричард Вассерсуг из Университета Далхаузи в Канаде максимальную мощность, которую физически может развить конь. Оценив мышечную массу крупной лошади и приняв во внимание, что для механической работы она способна задействовать около 30% скелетных мышц, они установили максимально возможную пиковую мощность копытного в 18 000 Вт. Это около 24 л. с.
Да, в теории конь может волевым усилием взять и выдать ту же мощность, что и 24 его собрата, работающие в более спокойном темпе.
Естественно, долго такая загнанная лошадь бы не прожила — у неё просто отказали бы мышцы от нагрузки. То есть 24 л. с. — это предел мощности, у большинства лошадок показатель будет куда ниже. Например, в 1925‑м на ярмарке в Айове соревнование по перетягиванию каната, и там лошади показывали куда как более скромные результаты. На короткий период времени они развивали мощность в 14,9 л. с.
А в 2023 году группа инженеров-энтузиастов интереса ради автомобильный динамометр, чтобы измерить мощность лошади, и их тяжеловоз выдал всего 5,7 л. с. (4,3 кВт).
Кстати, если вам интересно: здоровый средний человек способен долгое время работу, выдавая около 0,1 л. с., а в кратковременном предельном усилии — 1,2 л. с. Тренированные же спортсмены могут ненадолго развивать до 2,5 л. с. и в течение нескольких часов поддерживать мощность в 0,35 л. с. А ямайский спринтер Усэйн Болт максимальную мощность в 3,5 л. с. — правда, всего на 0,89 секунды.
Ну и подведём наконец итоги. В одной лошади может быть максимум 24 лошадиные силы. Или 6,85 Усэйна Болта.
3 места в России, где учатся инженеры, о которых мечтают крупные корпорации
Местные необычаи: какие блюда региональной кухни можно попробовать во «ВкусВилле»
ИГРА: Каким покупателем вас видят магазины
Бьющая в цель: как таргетная терапия помогает лечить рак