Лошадиная сила – это внесистемная единица измерения мощности, которая официально выведена из употребления в России, однако по-прежнему находит применение, к примеру, в автомобильной сфере.
Пожалуй, многие из нас,представляя лошадиную силу, используют примерно следующую аналогию: если к автомобилю мощностью в 100 л.с. привязать канат, на другом конце которого будет табун из 100 лошадей, то начав движение в противоположных направлениях, они не смогут сдвинуться с места. И это не совсем верно. На практике лошади, скорее всего, выиграют и просто выведут из строя трансмиссию автомобиля еще на старте. Дело в том, что мощность двигателя в лошадиных силах – это номинальная величина. Для превращения потенциальной энергии двигателя в кинетическую необходимо развить определенную частоту вращения коленчатого вала и передать нужный крутящий момент на колеса. Кроме того, лошадиная сила является величиной относительно строго установленной, а возможности лошадей могут сильно разниться и отличаться от этого параметра.
Единица мощности лошадиные силы и соотношение с Ваттами
Первым термин «лошадиные силы» стал использовать знаменитый английский (шотландский) механик-изобретатель Джеймс Уатт. Эта мысль пришла ему в голову, когда он наблюдал за работой на угольных копях, где лошадей использовали для подъема породы на поверхность земли. Посмотрев на процесс с точки зрения физики, ученый определил, что лошадь обладает некоторой мощностью, которую можно вычислить по соотношению выполненной работы ко времени. За основу была взята масса угля, поднимаемого с глубины в 30 метров за одну минуту. Получилось 150 кг/1 м – эту величину он и определил равной 1 л.с.(HP – horse power) Позднее, в 1882 году, Британская организация инженеров ввела в использование ватт – единицу измерения, равную 0,736 л.с.
Кстати, последующий пересчет показателей, вычисленных Уаттом, показал, что в действительности ни одна лошадь не способна развить достаточную мощность для вертикального подъема 150 кг груза со скоростью 1 м/с. Более того – в копях, где Уатт проводил свои расчеты, для работы использовались пони. Считается, что он посчитал производительность одной лошади в минуту по соотношению фут-фунт и увеличил это значение на 50%. По одной из версий, изобретатель специально уравнял мощность своего двигателя с мощностью лошади, чтобы продемонстрировать большую продуктивность агрегата с целью продать его.
Как переводить ватты в лошадиные силы
В 1784 году Джеймс Уатт представил общественности первый паровой двигатель. Для измерения мощности изобретенного и сконструированного им агрегата, Уатт ввел термин «лошадиная сила», разработанный им ранее.
Дальнейшее развитие механики породило возникновение целого ряда аналогичных «лошадиных сил», обозначавших разную величину. Наличие нескольких одноименных единиц приводит к необходимости проведения перевода мощности между различных измерительных систем. В 1960 году в международной системе СИ официальной единицей измерения мощности был установлен ватт. Несмотря на это, лошадиная сила по-прежнему используется в некоторых сферах деятельности, в частности, в автомобильной промышленности.
Для осуществления перевода 1 л.с. в ватты требуется умножить показатель мощности на 736: 1 л.с. =736 Вт. Соответственно, обратный перевод производится путем деления значения на это же число. Примеры:
- 5 л.с. = 3,68 кВт;
- 10 кВт = 13,57 л.с.
Но не все так просто! Поэтому читаем текст ниже под видео, которое тоже может быть полезным для понимания основных физических величин электрика.
Такие разные эталоны
После определения Уаттом новой единицы измерения свои «лошадиные силы» появились не только в разных системах измерений, но и в отдельных странах. На сегодня эта единица не является официально признанной, но используется в 4 различных вариантах:
- Метрическая лошадиная сила (используется в России). Равна мощности, необходимой для подъема 75-килограммового груза со скоростью 1 м/с. Для перевода в ватты умножается на 735,5. Пример: 2 л.с. = 1471 Вт.
- Электрическая лошадиная сила. Используется в электромеханике и электрике. Чтобы перевести ватты в эту единицу, нужно разделить их на 746. Например, 4000 Вт (4 киловатт) = 5,362 эл. л.с.
- Механическая л.с. Соответствует значениям английской системы мер. Одна мех. л. с. равна 745,7 Вт (1,014 от метрической л.с).
- Котловая лошадиная сила. Применяется в промышленной и энергетической отрасли. Для перевода в киловатты используется следующее соотношение: 1 к. л.с. = 9,809 кВт.
Традиция использования лошадиных сил в автомобильной отрасли связана с удобством – эта величина является характерной и всегда понятна даже тем, кто далек от тонкостей автомеханики. Гораздо больше людей смогут сориентироваться, на что способна машина с заявленной мощностью в 150 л.с., а вот 110,33 киловатт введут большинство в заблуждение. Хотя на самом деле это одно и то же.
Термин "лошадиная сила" был изобретён инженером Джеймсом Ваттом. Ватт жил с 1736 по 1819 годы и является одним из самых известных и заслуженных учёных за его работу по повышению эффективности паровых двигателей. Мы также произносим его фамилию почти каждый день, когда говорим о 60-ваттных лампочках.
История гласит, что Ватт работал на угольной шахте, где уголь поднимался из шахты с помощью пони. Ватт хотел найти способ утвердить и говорить о силе, производимой этим животным. Он обнаружил, что в среднем пони могла сделать 22 000 фут-фунтов работы за одну минуту. Затем он увеличил это число на 50 процентов и привязал измерение одной лошадиной силы к 33 000 фут-фунтам работы за одну минуту. Эта произвольная единица измерения проделала свой путь в течение столетий, и теперь ей измеряется производительность Вашего автомобиля, газонокосилки, цепной пилы и даже в некоторых случаях пылесоса.
Если говорить проще, то лошадиная сила измеряется следующим образом: согласно измерениям Ватта, одна лошадь может делать 33 000 фут-фунтов работы каждую минуту. Итак, представьте себе лошадь, поднимающую уголь из угольной шахты, как показано на рисунке. Лошадь с мощностью в одну лошадиную силу может поднимать 330 фунтов (~150 кг) угля на высоту 100 футов (30,5 метров) каждую минуту, или 33 фунта (15 кг) угля на 1000 футов (305 метров) в минуту - Вы можете составить любую комбинацию веса к высоте на время, которая Вам понравится. Пока делается работа на 33 000 фут-фунтов в минуту, у Вас есть ровно одна лошадиная сила.
Вы, наверное, попробуете составить и такую комбинацию, чтобы, к примеру, загрузить 33 000 фунтов (15 тонн) угля в огромный контейнер и попросить лошадь поднимать его на 1 фут (30 сантиметров) в минуту, но поймёте, что лошадь физически не сможет сдвинуться с места с таким весом. Вы, вероятно, может также представить, что положите 1 фунт (450 грамм) угля в ведро и попросите лошадь поднимать его на 33 000 футов (около 838 метров) в минуту, развив, таким образом, скорость в 1183 км/ч, и лошадь, конечно же, не сможет развить такой скорости. Тем не менее, если Вы читали Архимеда, да и просто, если Вы старше 10-12 лет, то Вы знаете, что такое рычаг и что Вы легко можете изменить соотношение массы и скорости, используя рычаг. Таким образом, можно создать блок и решить систему, которая не ставит комфортное количество веса на коня или не позволяет ему (коню) двигаться с комфортной скоростью, независимо от того, сколько веса на самом деле Вам необходимо передвинуть.
Теперь мы с Вами знаем, что подразумевал Джеймс Ватт под лошадиной силой. Тем не менее, на сегодняшний день мощность измеряется несколько иным способом и может быть преобразована в другие единицы. Более того, в России официально термин "лошадиная сила" используется лишь при расчёте транспортного налога, а в других же сферах официальной единицей измерения принято считать Ватты. Сегодня также существует метрическое измерение лошадиной силы - не вдаваясь в подробности, она равна около 735,5 Ватт, или 75 кгс·м/с (работа, которая производится при поднятии груза массой 75 кг на высоту в 1 метр за 1 секунду, и всё это с учётом земного значения ускорения свободного падения).
А теперь немного о практике использования термина "лошадиная сила" и общей производительности автомобиля.
Автомобиль считается "высоко эффективным", если имеет под капотом большую мощность по отношению к общей массе автомобиля. Это имеет смысл, ведь чем меньше веса Вы имеете, тем больше мощность позволит ускорить машину. Для заданного количества энергии Вы хотите минимизировать вес, чтобы максимизировать ускорение.
В следующей таблице приведены соотношения лошадиных сил к весу у нескольких самых известных высокопроизводительных автомобилей. Вам уже понятно, что чем больше соотношение мощности к весу, тем это лучше, и Вам станет видно, что это не всегда прямо пропорционально влияет на цену автомобиля.
|
Мощность (л.с.) |
Полная масса (кг) |
Соотношение мощность/вес |
Разгон 0-100 км/ч (сек) |
Цена |
|
|
Dodge Viper |
450 |
3 320 |
0.136 |
4.1 |
$66 000 |
|
Ferrari 355 F1 |
375 |
2 975 |
0.126 |
4.6 |
$134 000 |
|
Shelby Series 1 |
320 |
2 650 |
0.121 |
4.4 |
$108 000 |
|
Lotus Esprit V8 |
350 |
3 045 |
0.115 |
4.4 |
$83 000 |
|
Chevrolet Corvette |
345 |
3 245 |
0.106 |
4.8 |
$42 000 |
|
Porsche Carrera |
300 |
2 900 |
0.103 |
5.0 |
$70,000 |
|
Mitsubishi 3000GT |
320 |
3 740 |
0.086 |
5.8 |
$45,000 |
|
Ford Escort |
110 |
2 470 |
0.045 |
10.9 |
$12 000 |
|
Лада Калина (Норма 1.6) |
81 |
1 555 |
0.052 |
13.3 |
335 000 руб. |
|
УАЗ Patriot (Welcome 2.7) |
128 |
2 650 |
0.048 |
19 |
580 000 рублей |
Вы можете видеть очень определенную корреляцию между соотношением мощности к массе и временем разгона в большинстве случаев, более высокий коэффициент указывает на более быстрый автомобиль. Интересно, что значительно меньше корреляции между скоростью и ценой. Объясняется это огромным количеством факторов, начиная от бренда автомобиля и заканчивая комплектацией конкретной спецификации.
Если Вы хотите быстрый автомобиль, Вам необходимо хорошее соотношение мощности к весу.
Крестным отцом знаменитой единицы «лошадиная сила» был великий английский изобретатель 18 века Джеймс Уатт , член Лондонского Королевского общества и Парижской академии наук.
Долгие годы бился Уатт над усовершенствованием паровых машин , и именно благодаря его работам, к 19 веку вся промышленность перешла на новую «тягловую силу» - паровые машины! Шахты, мануфактуры, пароходы, паровозы, автомобили, самолеты и даже паровые мотоциклы – везде использовались пыхтящие паровые двигатели, заставлявшие бойко крутиться колеса и валы механизмов! Детище Дж. Уатта - паровой молот занял ведущее место на металлообрабатывающих предприятиях, пришла эра парового отопления, тоже изобретенного Дж. Уаттом! Технический прогресс наступал, так откуда взялась допотопная уже и по тем временам единица мощности «лошадиная сил»?
А как поступил бы в наше время человек, пытающийся внедрить что-то новое, и неизвестное? Как убедить предпринимателя, что без твоего изобретения ему не обойтись?
Так и Джеймс Уатт пытался доказать преимущества использования своих паровых машин перед привычными лошадками, на которых «держалась» вся техника того времени.
Через столько лет трудно уже достоверно определить, с хозяином какого предприятия договаривался Уатт о замене лошадей на паровые машины, какие это были лошади: маленькие пони или рослые росинанты, но договор был заключен.
Дж. Уатту надо было доказать, что за одинаковое время его машина выполнит отнюдь не меньшую работу по подъему грузов, чем сильная лошадь! Думаете, хозяин доверил испытания Уатту? Отнюдь! Он сам в течение 8 часов из-под кнута поддерживал «рабочий дух» бедной лошади, чем довел ее до полного изнеможения. И все-таки за это же время паровая машина Уатта выполнила работу в 4 раза большую, что позволило изобретателю гордо объявит, что мощность его машины составляет 4 лошадиных силы!
Вот таким образом и появилась единица мощности «лошадиная сила».
Так сколько же это - 1 лошадиная сила?
Измерив общий вес поднятого лошадью груза и высоту, на которую он был поднят за какое-то время, Уатт рассчитал мощность работавшей лошади. Оказалось, что за 8 часов работы в «нечеловеческих» условиях, лошадь подняла на высоту одного метра около 2000000 кг груза, что в секунду составило 75 килограммов.
Вспомним формулы механической работы и мощности: A= FxS и N= A/t.
Единица мощности «лошадиная сила» соответствует мощности машины, поднимающей каждую секунду груз массой 75 кг на высоту в 1 метр.
А как сильна на самом деле лошадь?
Позднее оказалось, что без отдыха лошадь в таком темпе долго продержаться не сможет. При длительной нормальной работе мощность лошади составляет всего одну треть лошадиной силы, т.е. на самом деле 1 лошадиная сила значительно больше той мощности, которую средняя лошадь способна развивать хотя бы в течении одной минуты.
А если лошадь поднапрячь! Тогда мы можем замерить пиковую мощность, т.е. верхний предел мощности лошади. Измеренная пиковая мощность лошади за несколько секунд составляет около 14,9 л.с , (иногда ее называют «котловой « л.с.).
А мощность скаковой лошади – около 10 л.с.!
Как одна из основных единиц, «лошадиная сила продержалась до середины 20-го века.
В октябре 1960г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была введена новая единая Международная система единиц СИ. В честь великого ученого Джеймса Ватта единица мощности в этой системе была названа Ваттом (вт). А лошадиная сила стала внесистемной единицей.
1 л.с. = 736 ватт.
В мире существует несколько единиц измерения под названием "лошадиная сила", и величины единиц лошадиной силы в разных странах отличаются
друг от друга.
В большинстве европейских стран и в России 1 л. с. составляет ровно 735,49875 Вт (иногда ее называют «метрическая лошадиная сила», а в англоязычных странах до сих пор лошадиную силу считают равной 745,6999 Вт (около 1,014 европейской лошадиной силы).
Обозначается лошадиная сила, как PS (Pferdestärke) в Германии, как CV (cheval-vapeur) во Франции, как hp (horsepower) в Англии.
Прошло более двухсот лет с возникновения единицы «лошадиная сила», а она до сих пор находит широкое применение. Так например, по-прежнему мощность автомобильных двигателей
измеряют в лошадиных силах.
А вот интересное наблюдение на тему «Эх, прокачу»!
Будем считать, что мощность одной лошади, тянущей телегу с грузом, равна 1 л.с.
А если впрячь в одну упряжку большее число лошадей, как изменится их суммарная мощность?
Оказывается, не все так просто!
Общая мощность
окажется на много меньше
ожидаемой! Беспокойные лошадки будут мешать друг другу и мощность каждой из них будет тем меньше, чем больше количество лошадей в упряжке.
Просчитано, проверено и доказано!
Число лошадей упряжке - 2
Мощность каждой лошади - 0,92
Общая мощность - 1,9
Число лошадей упряжке - 3
Мощность каждой лошади - 0,85
Общая мощность - 2,6
Число лошадей упряжке - 4
Мощность каждой лошади - 0,77
Общая мощность - 3.1
Число лошадей упряжке - 5
Мощность каждой лошади - 0,7
Общая мощность - 3,5
Число лошадей упряжке - 6
Мощность каждой лошади - 0,62
Общая мощность - 3,7
Число лошадей упряжке - 7
Мощность каждой лошади - 0,55
Общая мощность - 3,8
Число лошадей упряжке - 8
Мощность каждой лошади - 0,47
Общая мощность - 3,8
Вот я здесь пишу, как лошадь …
А какова "лошадиная сила" человека?
Мощность обычного человека, измеренная в лошадиных силах, составляет всего около 0,04 л.с., и очень редко у самых-самых сильных доходит до 0,25 л.с. Но! В исключительных условиях человек на короткое время человек может развить пиковую мощность и до 1 л.с.
А вот подсчитано, что копая землю, человек совершает примерно за час такую же работу, что и человек при ходьбе, делая 5 км в час. Поэтому мощность землекопа равна самое большое 0,1 лошадиной силы, т.е. средняя мощность человека при продолжительной работе равна около 80 Вт, т.е. около 0,1 л.с.
И в заключение слова известного физика Содди:
«С некоторых точек зрения лошадь – это необычайно полезная машина. Каков её эффект, мы и не представляли себе, пока не явились автомобили, и вместо двух лошадей, обычно запрягаемых в экипаж, оказалось необходимым запрягать не меньше 12 или 15, иначе автомобиль останавливался бы у каждого пригорка».
Итак, да здравствует лошадь и «лошадиная сила»!
Лошадиная сила, безусловно, является одной 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.
ИСТОРИЯ
На самом деле все началось с того, как Джеймс Уатт в 1782 году изобрёл паровую машину двойного действия. В отличии от первых паровых машин - эта получилась на редкость экономичной и легко управляемой. Но как любое изобретение - машина оставалась бесполезной для изобретателя, если нет коммерческого использования машины. Необходим был пиар изобретения.
Свое изобретение он предлагал использовать для выкачивания воды из шахты. Но как объяснить прижимистым шахтовладельцам, что им предлагают купить и в чем преимущества этого нового приспособления?
Наблюдая за традиционным источником энергии — лошадью, Уатт пришел к выводу, что в среднем за минуту она поднимает груз в 180 фунтов на 181 фут. Округлив расчеты в фунто-футах за минуту, он решил, что лошадиная сила будет равна 33 000 этих самых фунто-футов в минуту.
Расчёты Уатта относились к мощности лошади, усреднённой за большое время. Кратковременно лошадь может развивать мощность около 1000 кгс·м/с, что соответствует 9,8 кВт или 33 475 BTU/ч (котловая лошадиная сила).
И вот для того чтобы оценить мощность новых двигателей, предприняли следующее. Запрягли лошадь в обычный водоподъемный насос, работающий на конной тяге, и посмотрели, сколько она поднимет за день воды. Затем присоединили к этому же насосу паровой двигатель и посмотрели, какой результат получится за день его работы. Поделили второе количество на первое и на этих цифрах объяснили шахтовладельцам, что насос заменяет N-ное число лошадей. Полученная в результате первого эксперимента мощность стала мерилом и получила название "лошадиная сила".
На самом деле мощность, которую средняя лошадь способна развивать сколько-нибудь долгое время, меньше полученной Уаттом величины. Или погонщик работал очень хорошо, или лошадь попалась очень «натренированная». Конечно, лошади бывают разные и невозможно ожидать, что и тяжеловоз и арабский скакун разовьют одинаковую мощность. И все же, когда лошадь создает такую мощность? На этот вопрос в журнале «American scientist» один из авторов предложил следующий вариант: мощность в одну лошадиную силу развивает лошадь массой 750 килограммов, перепрыгивающая через препятствие шириной и высотой в 183 сантиметра.
При этом следует немного знать историю вопроса. В шахту не могла поместиться полноразмерная лошадь. Для работ использовались пони!
В качестве единицы мощности Уатт в свое время предложил такую единицу, как «лошадиная сила». Данная единица мощности устраивала шахтовладельцев, но совершенно не устраивала физиков. В 1882 году Британская ассоциация инженеров решила присвоить его имя единице мощности. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения.
Варианты определений лошадиной силы
В большинстве европейских стран, в том числе в России, лошадиная сила определяется как 75 кгс·м/с, то есть, как мощность, достаточная для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. В таком случае 1 л. с. составляет ровно 735,49875 Вт, что иногда называют метрической лошадиной силой (обозначение нем. PS , фр. ch , нидерл. pk ), хотя она не входит в метрическую систему единиц.
В США и Великобритании мер в автомобильной отрасли чаще до сих пор приравнивают лошадиные силы к 745,69987158227022 Вт (обозначение англ. hp ), что равно 1,013869665424 метрической лошадиной силы.
В США также используются электрическая лошадиная сила и котловая лошадиная сила (используются в промышленности и энергетике).
Соотношения
Мощность двигателя
Для мощностей автомобильных двигателей есть не только разные единицы измерения, но и разные способы измерения, дающие разные результаты. Стандартный способ измерения мощности, принятый в Европе, использует киловатты. Если же мощность дана в лошадиных силах, то способы измерения в разных странах могут отличаться (даже если используются одни те же лошадиные силы).
В США и Японии используют свои стандарты определения лошадиных сил двигателя, но они уже давно практически полностью унифицированы с другими. И в Америке, и в Японии существуют два вида показателей:
Измерение нетто
Измерение мощности двигателя нетто (англ. netto , net ) предусматривает стендовое испытание двигателя, оборудованного всеми вспомогательными, необходимыми для эксплуатации транспортного средства агрегатами: генератором, глушителем, вентилятором и пр.
Измерение брутто
Обозначается англ. bhp . Измерение мощности двигателя брутто (англ. brutto , gross ) подразумевает стендовое испытание двигателя, не оборудованного всеми дополнительными, необходимыми для эксплуатации транспортного средства агрегатами: генератором, насосом системы охлаждения и так далее.
Такой показатель мощности может давать значение выше мощности нетто на 10—20 % и более, чем в своё время (до установления нового федерального стандарта в 1972 году) широко пользовались североамериканские производители автомобилей, завышая рейтинги мощности двигателей.
Кроме всего прочего необходимо учитывать, что производители двигателей производят замеры мощности на том виде топлива, на которое двигатель расчитан. То есть если при проектировании двигатель расчитывался на рабочее топливо АИ-95, то и заявленную мощность он выдаст на АИ-95 (конечно-же не Российского производства).
А Японские двигателестроители производят испытания и замеры мощности на топливе с максимальным октановым числом, доступным в свободной продаже. А в Японии на АЗС в свободной продаже топливо с октановым числом 100 !
ВОПРОС: За какие ЛОШАДИ мы платим налоги?