به گزارش پایگاه خبری سبقت آزاد، تقریبا همهی ما عاشقان خودرو بارها از عبارت «اسب بخار» استفاده کردهایم. موقع بحث درباره قدرت موتور، مقایسه ماشینها یا حتی موقع انتخاب یک خودرو جدید، اسب بخار برای ما تبدیل شده به یک شاخص تعیینکننده در دنیای خودرو.
اما یک سوال مهم این وسط وجود دارد اسب بخار چیست؟
واقعا کلمه اسب بخار از کجا آمده و استفاده آن در صنعت خودرو دقیقا چیست؟
برای گرفتن پاسخ این سوالها و آشنایی بهتر با مفهوم اسب بخار در دنیای خودرو، در ادامه با سبقت آزاد همراه باشید.
تاریخچه اسب بخار؛ از معادن ذغال تا موتورهای مدرن
تقریبا سه قرن پیش، برای اولین بار عبارت «اسب بخار» مطرح شد. در قرن هفدهم میلادی، یک مهندس اسکاتلندی به نام جیمز وات (James Watt) – که بهخاطر فعالیتهایش در زمینه موتورهای بخار و بهبود عملکرد آنها شهرت زیادی داشت – دنبال راهی بود تا بتواند قدرت یک اسب حامل ذغال در معادن را محاسبه کند.
وات به یک واحد اندازهگیری نیاز داشت که:
- برای مردم آن زمان قابلفهم باشد،
- و بتواند قدرت موتور بخار را با قدرت یک اسب مقایسه کند.
آزمایشهای جیمز وات روی اسب بارکش
با توجه به آزمایشهایی که جیمز وات انجام داد، متوجه شد که یک اسب کوچک میتواند در هر دقیقه:
- یک وزنه ۹۹۷۹ کیلوگرمی را
- در یک فاصله ۰.۳۰۵ متری
- جابهجا کند.
بعد، وات این مقدار را حدود ۵۰ درصد افزایش داد تا بتواند قدرت یک اسب بالغ و قوی را هم پوشش دهد.
در نهایت، او میزان کاری را که یک اسب در یک دقیقه انجام میدهد، اینطور تعریف کرد:
جابهجایی ۱۴۹۶۸ کیلوگرم در مسافت ۰.۳۰۵ متر طی مدت زمان یک دقیقه.
این تعریف شد پایهی واحدی که بعدها به نام اسب بخار (Horsepower) شناخته شد و امروزه در صنعت خودرو و بسیاری از صنایع دیگر، برای بیان توان و قدرت استفاده میشود.
اسب بخار چیست؟ تعریف دقیق و کاربردی
در بین علاقهمندان خودرو، یک جملهی معروف وجود دارد:
«اسب بخار یعنی با چه سرعتی به دیوار برخورد میکنی،
گشتاور یعنی تا چه مسافتی دیوار رو با خودت میکشونی!»
این جمله برای توضیح احساسی تفاوت قدرت و کشش بد نیست، اما از نظر علمی تعریف دقیقی برای اسب بخار و گشتاور نیست.
اگر بخواهیم یک تعریف علمی و در عین حال قابلفهم برای اسب بخار ارائه کنیم، باید بگوییم:
اسب بخار واحدی است برای اندازهگیری مقدار «کار انجامشده» در واحد زمان.
بر اساس مطالعات جیمز وات، در حال حاضر:
- یک اسب بخار معادل است با:
- حمل یک وزنه ۱۴۹۶۸ کیلوگرمی در یک مسافت ۰.۳۰۵ متری در مدت زمان یک دقیقه
- حمل یک وزنه ۲۴۹ کیلوگرمی در یک مسافت ۰.۳۰۵ متری در مدت زمان یک ثانیه.
به زبان سادهتر، ما داریم مقدار کار انجامشده در یک بازه زمانی مشخص را اندازهگیری میکنیم؛ و این همان مفهوم توان است.
ارتباط اسب بخار با توان الکتریکی (وات)
در دنیای الکتریکی، توان معمولا با واحد وات (Watt) اندازهگیری میشود. بین اسب بخار و وات، یک رابطهی شناختهشده وجود دارد:
(در متن اولیه عدد ۷۶۴ وات آمده بود که عدد رایج و علمی ۷۴۶ وات است؛ ماهیت کار همان است: اسب بخار یعنی توان، یعنی کار در واحد زمان.)
تفاوت میان اسب بخار و گشتاور چیست؟
اسب بخار و گشتاور دو پارامتر اصلی در بررسی قدرت موتور هستند. وقتی درباره شتاب خودرو، توان کشش، عملکرد در سربالاییها و حس قدرت در رانندگی صحبت میکنیم، این دو عبارت زیاد تکرار میشوند. اما دقیقا چه تفاوتی با هم دارند؟
گشتاور چیست؟
گشتاور میزان نیرویی است که در یک فاصله مشخص اعمال میشود و باعث ایجاد حرکت چرخشی میگردد.
فرض کنید قصد دارید از یک آچار برای سفت کردن یک پیچ استفاده کنید:
- شما نیرویی را به دستهی آچار – که طول مشخصی دارد – وارد میکنید.
- این نیرو در این فاصله، باعث میشود پیچ بچرخد و سفت شود.
کاری که انجام میدهید، همان گشتاور است. بنابراین، رابطهی مستقیمی میان گشتاور و فاصله وجود دارد.
بهطور کلاسیک، گشتاور را اینطور تعریف میکنند:
گشتاور = نیرو × فاصله (مثلا طول دسته آچار)
دو راه اصلی برای افزایش گشتاور
شما دو راه برای افزایش گشتاور دارید:
- افزایش میزان نیرویی که در یک فاصله مشخص وارد میکنید یعنی محکمتر فشار وارد کنید یا نیروی بیشتری تولید کنید.
- افزایش فاصلهای که در آن میزان مشخصی نیرو وارد میکنید یعنی طول بازوی اهرم یا دسته آچار را بیشتر کنید.
هر دو راه به تولید گشتاور بیشتری منجر میشوند.
تولید گشتاور در موتور خودرو
همین اتفاق در داخل موتور خودرو نیز رخ میدهد. نیروی لازم موتور از طریق:
- احتراق سوخت داخل سیلندر و سپس فشرده شدن مخلوط سوخت و هوا توسط پیستون تامین میشود. این نیرو:
- پیستون را به حرکت در میآورد، از طریق شاتون به میللنگ (شفت موتور) منتقل میشود، و در نهایت، روی میللنگ در فاصلهای برابر با طول بازوی پیستون و شاتون، گشتاور تولید میشود.
به همین دلیل است که:
میزان گشتاور یک خودرو یکی از المانهای کلیدی در تعیین صفر تا صد و قدرت کشش آن محسوب میشود.
گشتاور بالا، بهخصوص در دورهای پایین، باعث میشود خودرو:
- راحتتر از حالت سکون حرکت کند،
- بهتر سربالاییها را بالا برود،
- و در رانندگی روزمره، احساس قدرت و کشش بیشتری به راننده بدهد.
اسب بخار چیست و چه نسبتی با گشتاور دارد؟
اما اسب بخار صرفا نیروی چرخشی خام نیست؛ بلکه ترکیبی از گشتاور و سرعت چرخش موتور است.
اسب بخار، نیرویی است که علاوه بر فاصله، توسط دور بر دقیقه (RPM) نیز افزایش مییابد.
یعنی:
- گشتاور به شما میگوید موتور در یک لحظه چه مقدار «نیروی چرخشی» تولید میکند.
- اسب بخار به شما میگوید این نیرو وقتی در دورهای مختلف اعمال میشود، در مجموع چه میزان توان تولید میکند.
هر چه میزان اسب بخاری که موتور خودرو تولید میکند افزایش یابد، خودرو میتواند در نهایت به سرعتهای بالاتری برسد.
به طور خلاصه:
- گشتاور نیرویی است که با فاصله رابطهی مستقیم دارد.
- اسب بخار علاوه بر فاصله، با میزان چرخش یا همان دور بر دقیقه (RPM) موتور نیز رابطه مستقیم دارد.
چگونه میتوان میزان اسب بخار تولیدی موتور خودرو را اندازه گرفت؟
خودروسازان برای سنجش قدرت موتور از دستگاهی به نام نیروسنج یا دینامومتر (Dynamometer) استفاده میکنند.
دینامومتر چه چیزی را اندازه میگیرد؟
فاکتوری که نیروسنج اندازه میگیرد، در حقیقت گشتاور موتور خودرو است. موتور یا خودرو روی دینامومتر قرار میگیرد و در دورهای مختلف، گشتاور تولیدی ثبت میشود.
همانطور که گفتیم، میزان دور بر دقیقه (RPM) نیز در محاسبهی اسب بخار دخیل است. بنابراین برای محاسبه اسب بخار:
- ابتدا گشتاور در دورهای مختلف اندازهگیری میشود.
- RPM متناظر با هر مقدار گشتاور ثبت میشود.
- با استفاده از این دو مقدار، اسب بخار محاسبه میشود.
نحوه محاسبه اسب بخار خودرو
فرمول محاسبه اسب بخار از روی گشتاور و دور موتور
در سیستم واحدهای امپریال (که در بسیاری از منابع خودرویی استفاده میشود)، اگر گشتاور بر حسب پوند-فوت (lb-ft) و دور موتور بر حسب دور بر دقیقه (RPM) باشد، فرمول به این شکل است:
Horsepower=5252Torque (lb-ft)×RPM
به زبان ساده:
اسب بخار موتور خودرو = (گشتاور × دور بر دقیقه موتور) ÷ ۵۲۵۲
این فرمول نشان میدهد که اسب بخار در واقع ترکیبی از گشتاور و سرعت چرخش موتور است. برای همین است که دو موتور با گشتاور مشابه، اگر در دورهای متفاوت کار کنند، اسب بخار متفاوتی خواهند داشت.
سوال ۱: اسب بخار دقیقا چیست؟
اسب بخار دقیقا چیست؟
پاسخ:
اسب بخار واحدی است برای اندازهگیری میزان «کار انجامشده» در واحد زمان. براساس تعریف کلاسیک جیمز وات، یک اسب بخار معادل جابهجایی ۱۴۹۶۸ کیلوگرم در مسافت ۰.۳۰۵ متر طی یک دقیقه است. در دنیای مدرن، معمولا یک اسب بخار را برابر با حدود ۷۴۶ وات توان الکتریکی در نظر میگیرند.
سوال ۲: تفاوت اسب بخار و گشتاور چیست؟
پاسخ:
گشتاور میزان نیرویی است که در یک فاصله مشخص اعمال میشود و باعث ایجاد حرکت چرخشی میگردد؛ مثلا وقتی با یک آچار، یک پیچ را سفت میکنید. اسب بخار اما ترکیبی از گشتاور و سرعت چرخش موتور (دور بر دقیقه) است. گشتاور بیشتر، کشش و قدرت در دورهای پایین را افزایش میدهد، در حالی که اسب بخار بیشتر، توان کلی و قابلیت رسیدن به سرعتهای بالاتر را تعیین میکند.
سوال ۳: گشتاور در موتور خودرو چگونه تولید میشود؟
پاسخ:
در موتور خودرو، گشتاور از طریق احتراق مخلوط سوخت و هوا داخل سیلندر تولید میشود. فشار حاصل از احتراق، پیستون را به حرکت در میآورد و این نیرو از طریق شاتون به میللنگ منتقل میشود. نیروی اعمالشده روی میللنگ در فاصله مشخصی، همان گشتوری است که موتور تولید میکند و بعدها از طریق گیربکس و دیفرانسیل به چرخها میرسد.
سوال ۴: فرمول محاسبه اسب بخار چیست؟
پاسخ:
در سیستم امپریال، اگر گشتاور بر حسب پوند-فوت (lb-ft) و دور موتور بر حسب RPM باشد، اسب بخار از رابطه زیر محاسبه میشود:
Horsepower=5252Torque (lb-ft)×RPM
یعنی اسب بخار برابر است با حاصلضرب گشتاور در دور بر دقیقه، تقسیمبر عدد ۵۲۵۲.
