قياس قوة المحركات بالحصان

[عواد الهران]

قياس قوة المحركات للسيارات بالحصان

أغلب المهتمين بعالم السيارات (إذالم يكن جميعهم) يركز في بداية حديثه عن أي سيارة
على قوة محركهابالحصان وأغلب إعلانات السيارات دائماً تذكر قوة المحرك بالحصان
ولكن ، لماذا تقاس قوة محرك السيارة بالحصان وما علاقة الحصان بقوة محرك السيارة ؟

قصةالهورس باور( القوة الحصانية)
مخترع كلمة HorsePower أوالقوة بالحصان هو المهندس جيمس وات James Watt
الذي ولد سنة 1736وتوفي سنة 1819 ويعرف وات بأنه مطور المحرك البخاري كما أن
إسمه مطبوع على أي علبة من علب لمبات الإضاءة مثل 60 Watts !!
القصة بدأت عندما كان يستخدم المهندس جيمس وات الخيول لرفع الفحم من مناجم الفحم
الحجري وكان دائماً يبحث عن طريقة لوصفالقوةالناتجة عن هذه الخيول .
وجد جيمس وات أن معدل ما يستطيع رفعه الحصان العادي هو 22 باوند (10 كيلوجرام)
لمسافة 1000 قدم كل دقيقة، ثم قام بزيادة هذا الرقم بنسبة 50% وقام بتثبيت نتيجة قوة
الحصان عند 33 باوند ( 15 كيلوجرام ) لمسافة 1000 قدم في الدقيقة . فلك أن تتخيل أن
هذه الطريقةالإعتباطية في قياس قوة الحصان أصبحت الطريقة المعتمدة لقياس قوة العديد
من الأجهزةعلى مر العصور وإلى الآن .... حتى المكنسة الكهربائية يتم قياس قوتها بهذه
الطريقة !!

تعريف جيمس وات للهورس باور هو :
قدرة الحصان على رفع 33 باوند (15كيلوجرام) لمسافة 1000 قدم في الدقيقة الواحدة ،
أو رفع كمية 330 باوند من الفحم لمسافة 100 قدم في الدقيقة ، أو 1000 باوند لمسافة
33 قدم في الدقيقة .بإختصار ، بإمكانك إستخدام أي مجموعة من الأرقام بشرط أن يكون
الناتج هو 33000 باوند/قدم في الدقيقة ويعرف الناتج بـ "القوةبالحصان"
أو Horse Power .لكن ، هل يستطيع الحصان جر 33000 باوند (15000 كيلوجرام)
لمسافة قدم واحد خلال دقيقة ؟طبعاً ,لأ لأن 15000 كيلوجرام ثقيلة جداً جداً ولا يستطيع
الحصان سحبها, وهل يستطيع الحصان جر باوند واحد لمسافة 33000 قدم خلال دقيقة
واحدة ؟مستحيل ، لكي يقطع الحصان مسافة 33000 قدم في دقيقة واحدة ، يجب أن تتجاوز
سرعته 375 ميل (600كيلومتر) في الساعة وهي سرعة لا تستطيع سيارة قوتها 1000
حصان أن تصل إليها !

هنا وباستخدام قوانين الكتلة والبكرة تستطيع وبسهولة تحويل جزء من الوزن إلى المسافة
باستخدام البكرات المناسبة وقد تم تحويل قوة الحصان إلى عدة وحدات أخرى مثل :
حصان واحد يساوي 746 وات ( أي إذا كان لديك مولد طاقة يولد 746 وات ، معنى هذا
أن قوته حصان واحد). حصان واحد يعادل الجهد الذي يبذله الإنسان لمدة ساعة واحدة
ليحرق خلالها 641 سعرة حرارية .

طريقة قياس قوة المحرك بالحصان :
معظمنا يعرف أن قوة المحرك تقاس عن طريق جهاز يسمى الداينوميتر ، وطريقة عمل
الداينوميتر هي وضع حمل معين على المحرك وقياس قوة المحرك ضد هذا الحمل .
طريقة عمل الداينوميتر هي وضع حمل على المحرك وقياس الحمل الذي يستطيع المحرك
العمل عنده على سرعات مختلفة . في البداية يتم وضع حمل معين ثم تثبيت دوران محرك
السيارة على رقم معين ولنقل 6000 دورة في الدقيقة . قم بزيادة الحمل على المحرك حتى
يقل دوران المحرك إلى 5500 دروة في الدقيقة ثم سجل الفرق في الحمل بين الحالتين .
قم بزيادة الحمل أكثر حتى ينزل دوران المحرك إلى 5000 دورة ثم سجل الفرق في الحمل
وهكذا حتى تصل إلى 1000 دورة في الدقيقة.ما تم تسجيله في هذه الحالة يسمى العزم
(Torque) ولتحويل العزم إلى حصان نقوم بضرب العزم بالرقم 5252 .لكن لماذا
نستخدم الرقم 5252 لتحويل العزم إلى القوةبالحصان ؟

طريقة الحصول على الرقم 5252 صعبة وطويلة ولها علاقة عميقة نوعاً ما بالرياضيات ,
يعني اللي ما عنده إستعداد للدخول في التفاصيل عليه بحفظ القانون التالي :
القوةبالحصان = العزم / 5252 ولا ننسى أن العزم =
القوة باوند/قدم X عدد دورات المحرك بالدقيقة

طريقة تحويل العزم إلى حصان :
كثيراً ما نقرأ أن عزم السيارة الفلانية هو 300 باوند/قدم عند 4000 دورة في الدقيقة
(على سبيل المثال) ولكن ما هي القوةبالحصان في هذه الحالة ؟

لحساب القوةبالحصان هنا نستخدم المعادلة التالية :
القوة بالحصان = العزم / 5252 ,أي أن
القوةبالحصان = ( القوة باوند/قدم X عدد دورات المحرك RPM ) / 5252
ولكن من أين لنا بهذا الرقم 5252,إن الحصول على الرقم 5252 ناتج عن معادلات
كثيرة أحاول أن ألخصها بما يلي : نعلم أن 1 حصان = 33000 قدم/باوند في الدقيقة ,
وهو تعريف جيمس وات للحصانلو أردنا تحويل هذه المعادلة إلى الثانية يكون الناتج :
1 حصان = 550 قدم/باوند في الثانية ( قسمت 33000 على 60)
ولتحويل العزم إلى القوة بالحصان يجب أن نحول عدد دورات المحرك من دقيقة إلى ثانية ،
أي من RPM إلى RPS... للتحويل من دقيقة إلى ثانية نقسم الرقم على 60 بسيطة
ولكن ماذا عن الدورة نفسها (ندخل هنا إلى قوانين الرياضيات)
قياس الدائرة يكون عن طريق استخدام معادلة الشعاع وهي = طول الشعاع / نص القطر
(رياضيات حديثة) وبما أن مجموع زوايا الدائرة هي 360 درجة
وبما أن محيط الدائرة = 2 X باي X نصف القطر ( باي يرمز له بالعربي بحرف ط
ويساوي 3.14159) أي أن الشعاع = 2 X باي
ولكننا نريد الناتج بالثواني لذا شعاع الدائرة = ( 2 X باي ) / 60
أي أن شعاع الدائرة في هذه الحالة يساوي = 0.10472

الآن وبعد أن حولنا عدد دورات المحرك من الدقيقة إلى الثانية نرجع إلى تعريف
جيمس وات : حصان = 550قدم/باوند في الثانية
العزم= القوة باوند/قدم X دورات المحرك بالثانية
ولأن الناتج المطلوب هو
القوة بالحصان نقوم بتقسيم الرقم 550 قدم/باوند على شعاع الدائرة بالثواني 0.10472
أي 550 / 0.10472 = 5252
نرجع إلى المثال الأول وهو السيارة بعزم 300 باوند/قدم عند 4000 دروة/دقيقة :
القوةبالحصان عند هذا الرقم = ( القوة باوند/قدم X عدد دورات المحرك RPM )
/ 5252= (300 X 4000) / 5252= 1200000 / 5252
= 228 حصان عند 4000 دورة/دقيقة.

منقول: عواد الهران