Мы привыкли измерять мощность автомобилей в лошадиных силах. Многим эта единица кажется удобной и интуитивно понятной: читаешь, что двигатель Лады Гранты Спорт имеет мощность 118 л.с. и сразу представляешь себе огромный табун. Впечатляет? Но, кроме шуток, знаете ли вы, что эта Лада намного мощнее ста восемнадцати лошадей?
Какова мощность лошади на самом деле?
Для начала давайте поговорим о том, насколько хорошо Вы представляете себе мощность лошади. Для определенности предлагаю вам ответить на вопрос, с какой скоростью лошадь может тащить телегу массой в 1,5 тонны (ту же Гранту Спорт) по ровному горизонтальному асфальту?
Даже с помощью интернета найти ответ будет непросто. Вы обязательно упрётесь в следующие вопросы:
- какая у лошади порода?
- какой у неё возраст, пол, рост, вес и состояние здоровья?
- какова дальность поездки?
И скорее всего, эти уточнения вам тоже не очень помогут, ведь вряд ли кто-то испытывал именно ту лошадь, которая вас интересует, да ещё и с нужной телегой. Я вот, например, узнал только то, что некая конкретная лошадь забайкальской породы, запряженная в телегу массой 150 кг с двумя людьми развивает среднюю скорость 10 км/ч на грунтовой дороге при общей протяженности пути 30 км. Если принять вес человека за 75 кг, коэффициент сопротивления движению телеги за 0,03, а сопротивлением воздуха пренебречь, то мы получим, что средняя полезная мощность этой лошади составляет всего лишь около 250 Вт или 0,333 л.с.
Понятно, что кратковременно (например, в прыжке) лошадь может развить и бо́льшую мощность. В интернете можно узнать, что хороший конь в рывке выдаёт до 10-15 л.с., но при длительной работе мощность всё равно снижается до 0,5-0,8 л.с. Тогда откуда же появилось то значение лошадиной силы, к которому мы привыкли?
Легенда о хитром пивоваре
Многие знают, что лошадиную силу придумал изобретатель первой коммерчески успешной паровой машины Джеймс Ватт, чтобы наглядно показать потенциальным покупателям преимущество своего изобретения. Как именно он измерял мощность лошади, и почему она получилась такой большой, достоверно никто не знает.
По распространённой легенде одну из первых паровых машин заказал некий шотландский пивовар для подъёма воды из колодца. В договоре было указано, что двигатель должен ежедневно перекачивать в пивоварню по меньшей мере столько же воды, сколько поднимала лошадь.
Когда настало время определить требуемый объём воды, хитрый пивовар заставил свою самую сильную лошадь целый день работать на пределе возможностей. Чем закончился этот эксперимент для несчастного животного, история умалчивает, однако ему удалось поднять примерно на треть больше воды, чем среднестатистической лошади в нормальных условиях. Перемножив вес воды на глубину колодца и поделив на время, за которое была проделана вся работа, Уатт получил значение около 30 000 фунтов на фут за минуту.
Желая превзойти требования заказчика, он построил паровую машину мощностью 33 000 футо-фунта в минуту. Этот двигатель стал своеобразным эталоном, относительно которого Уатт рассчитывал мощность своих следующих машин. Например, если он строил двигатель в 2 раза больше, то мог гарантировать заказчику, что его машина заменит две лошади и так далее.
Так мощность эталонного двигателя Уатта, предназначенного для замены одной лошади на пивоварне хитрого шотландца, стала лошадиной силой, хоть и превосходила реальную мощность средней лошади почти в полтора раза.
Я не берусь судить, насколько правдива эта история, но думаю, что в общих чертах всё примерно так и было, даже если подробности досочинил в 1912 году автор заметки в сентябрьском номере "Популярной механики" [1].
Жители нашей страны могут знать эту легенду в пересказе Якова Перельмана из книги "Физика на каждом шагу" [2]. Правда, в ней речь идёт уже не о 33 000 футо-фунтах в минуту и даже не об эквивалентных им ≈76,04 кгс·м/с, а ровно о 75 кгс·м/с. И дело тут вовсе не в том что Перельман захотел округлить значение до красивого числа, а в том что он писал о немного другой лошадиной силе.
Какие лошадиные силы бывают
Механическая лошадиная сила
По оригинальной формуле, предложенной Уаттом, мощность паровой машины в лошадиных силах вычисляется следующим образом:
Нетрудно посчитать, что при таком подходе лошадиная сила оказывается равной тем самым 33 000 футо-фунтов в минуту или 745,69988145 Вт. Именно она до сих пор используется в автомобильной отрасли США и Великобритании под названием механическая лошадиная сила и имеет обозначение hp.
Метрическая (европейская) лошадиная сила
В большинстве европейских стран лошадиная сила определяется как 75 кгс·м/с, то есть как мощность, которая требуется для того, чтобы равномерно поднимать груз массой в 75 кг со скоростью 1 м/с при стандартном ускорении свободного падения (9,80665 м/с²). Она является составной частью МКГСС (известной также как техническая система единиц) и появилась в результате округления оригинальной (механической) лошадиной силы Уатта. В привычных нам единицах метрическая лошадиная сила равна 735,49875 Вт.
Налоговая лошадиная сила
Несмотря на то, что в СССР и в России по умолчанию использовалась метрическая лошадиная сила, в действующем ГОСТ 8.417-2002 решили округлить её значение до 735,499 Вт, в результате чего получилась ещё одна единица измерения – налоговая лошадиная сила. Именно она используется при расчёте транспортного налога.
Электрическая лошадиная сила
Впрочем, округлением занимались и американцы. Так родилась электрическая лошадиная сила, которая равна 746 Вт и используется в энергетике США. Мощность, выраженную в этих единицах, можно встретить в технических характеристиках американских электродвигателей.
Гидравлическая лошадиная сила
Своя лошадиная сила есть и у американских гидравликов. Для вычисления мощности они используют следующую формулу:
Если фунты, дюймы и галлоны перевести в метрические единицы измерения, то одна гидравлическая лошадиная сила окажется равной ≈745,576 Вт.
Не пора ли нам попрощаться с лошадиными силами?
Мы убедились, что лошадиная сила, во-первых, не равна реальной мощности среднестатистической лошади, а во-вторых, может принимать различные значения в зависимости от контекста. Да и лошадей-то мы сегодня видим разве что на картинках и слабо представляем их реальные возможности.
В связи с этим логично задаться вопросом, разумно ли использовать эту единицу в XXI веке, когда для измерения мощности уже давным-давно существует ватт, которым мы прекрасно пользуемся, если речь идёт об электроприборах. Так почему бы окончательно не перейти на ватты (а точнее – киловатты) и в автомобилестроении?
Вообще-то рациональных причин держаться за лошадиные силы нет. Ватт гораздо удобнее, ведь он связан с другими единицами СИ простыми и понятными соотношениями. Если мы говорим о механике, то ватт можно выразить как произведение силы 1 Н на скорость 1 м/с – очень удобно. Более того, ватт является универсальной единицей, которую можно использовать и в гидравлике, и в электротехнике, и в термодинамике, и вообще где угодно.
К тому же ватт существует аж с 1882 года и давно уже стал привычным во многих отраслях. А название своё, кстати, он получил в честь всё того же Джемса Уатта, так что даже с точки зрения исторической справедливости к нему нет никах вопросов.
Однако человек существо иррациональное, так что я бы не спешил списывать лошадиные силы со счетов. В быту нечасто приходится делать какие-то вычисления с их участием. Для сравнения автомобилей между собой они вполне подходят, а сравнивать автомобиль с чайником вряд ли кому-то нужно. Равзе что распространение электромобилей может изменить ситуацию. Хотя я не удивлюсь, если их мощность тоже будут указывать в лошадиных силах, ведь сделать перерасчёт для рекламного буклета совсем не сложно, а живучесть традиционных единиц измерения нам хорошо известна на примере США.
Да и я сам не сторонник полного отказа от лошадиных сил. Конечно, в технике им не место, но, думаю, я не открою ни для кого секрет, если скажу, что автомобильные инженеры и так давно уже ими не пользуются. Но есть что-то тёплое и родное в том, чтобы вне работы по-старинке сравнивать мощность машин с лошадьми, отдавая тем самым дань уважения этим прекрасным животным, которые столетиями тянули на себе технический прогресс.
Ссылки
- Popular Mechanics. September 1912, page 394 – оригинальная легенда о хитром пивоваре
- Яков Исидорович Перельман, Физика на каждом шагу – лошадиная сила и работа лошади
