Скільки кінських сил у коня?

Питання звучить як жарт. Кінська сила, отже в коні одна кінська сила, хіба ні? Насправді ні. Справжній кінь у ривку видає майже п'ятнадцять кінських сил, а звичайна людина, яка біжить сходами вгору, на кілька секунд стає потужнішою за коня, що весь день тягне плуга. Розберімося, як так вийшло.

Спочатку розберемось: що таке потужність

Сила і потужність, це різні речі. Сила показує, наскільки сильно ти штовхаєш. Потужність показує, як швидко ти виконуєш роботу.

Уяви два однакові рюкзаки з підручниками. Ти заносиш свій на п'ятий поверх за одну хвилину, а друг тягне такий самий десять хвилин. Робота однакова, обидва підняли той самий вантаж на ту саму висоту. Але твоя потужність у десять разів більша, бо ти зробив це вдесятеро швидше.

Потужність вимірюють у ватах. Один ват, це коли за секунду виконується робота в один джоуль. Лампочка світить на 10 ват, чайник гріє на 2000 ват. А кінська сила, це просто інша одиниця для того самого.

Звідки взялася кінська сила

Придумав її шотландський винахідник Джеймс Ватт наприкінці XVIII століття, і придумав із суто торгової причини. Він продавав парові машини, а покупці досі використовували коней. Питання «а скільки коней замінить ваша машина?» було головним у розмові про ціну.

Щоб відповісти, Ватт поміряв реального коня на млині. Вийшло так: кінь обходив коло радіусом близько 3,7 метра приблизно 2,4 рази за хвилину і тягнув із силою близько 180 фунтів. Перемноживши, Ватт отримав округлені 33 000 фут-фунтів за хвилину. Це і стало однією кінською силою.

Головне тут ось що: Ватт міряв не рекорд коня, а те, що кінь може робити годину за годиною, весь робочий день. Інакше порівняння з машиною було б нечесним: машина працює безперервно, а рекорд кінь видає на кілька секунд.

Скільки насправді може кінь

У 1925 році на сільськогосподарському ярмарку в американському штаті Айова коней виміряли як слід. Виявилося, що на піку, буквально на кілька секунд, кінь розвиває до 14,9 к.с., тобто 11,1 кВт.

А от у тривалій роботі, коли треба орати з ранку до вечора, кінь тримає приблизно 1 к.с., тобто 750 ват. Саме цю цифру й вибрав Ватт, і вона підтвердилася через півтора століття.

Аналогія проста. Ти можеш пробігти стометрівку дуже швидко. Але пробігти в тому самому темпі десять кілометрів неможливо. Пікова швидкість і темп на дистанції, це різні числа. З потужністю так само.

А скільки може людина

Тут цифри такі:

• Звичайна людина, весь день: близько 0,1 к.с. (70 ват). Це менше, ніж світить стара лампочка розжарювання.
• Звичайна людина, ривок на кілька секунд: близько 1,2 к.с. (890 ват). У цей момент ти потужніший за робочого коня.
• Тренований спортсмен, кілька годин: близько 0,35 к.с. (260 ват). Приблизно стільки видає велосипедист на довгій гонці.
• Тренований спортсмен, пік: до 2,5 к.с. (2000 ват), як електрочайник.
• Усейн Болт на старті стометрівки: 3,5 к.с. (2600 ват) на 0,89 секунди після пострілу стартового пістолета. Це його рекордний забіг на 9,58 секунди.

Тобто найшвидша людина планети в найкращий момент свого життя видає приблизно чверть від того, на що здатен кінь у ривку.

Чому в авто 100 к.с., а воно не тягне як 100 коней

Логічне запитання: якщо в машині 100 кінських сил, чому вона не витягне те саме, що сто коней? Причин кілька.

1. 100 к.с. це пікова цифра. Її двигун видає на високих обертах, а не на холостому ходу. Сто живих коней теж не завжди тягнуть на межі.
2. Потужність ще треба передати землі. Кінь має чотири копита і вагу, які чіпляються за ґрунт. Колесо на слизькій дорозі просто буксує, і потужність іде в дим із-під шин.
3. Частина потужності зникає дорогою. Коробка передач, вали, підшипники, усе це з'їдає частину енергії ще до коліс.

Тому трактор із двигуном на 100 к.с. і сто коней, це зовсім різні речі. Порівнювати можна тільки саму потужність, а не результат роботи.

Дві різні кінські сили

Ще один сюрприз: кінська сила буває двох видів, і вони не однакові.

Різниця близько 1,4%. Дрібниця, але саме через неї той самий двигун в американському проспекті може мати 197 HP, а в європейському 200 к.с. Двигун той самий, просто лінійка різна. Докладніше про це є в статті «Кінська сила» у Вікіпедії.

До речі, науковці кінською силою майже не користуються саме через цю плутанину. У фізиці є ват, і цього досить. Кінська сила лишилася здебільшого в рекламі автомобілів.

Порахуй свою потужність

Це можна зробити просто зараз, знадобиться лише секундомір і сходи.

Забіжи на один поверх якнайшвидше і заміть час. Потужність рахується так:

P = m · g · h ÷ t

де m це твоя маса в кілограмах, g це 9,8 (прискорення вільного падіння), h це висота поверху в метрах, t це час у секундах.

Приклад. Учень вагою 50 кг забіг на висоту 3 метри за 5 секунд:

P = 50 × 9,8 × 3 ÷ 5 = 294 вати, тобто близько 0,4 к.с.

Порівняй із таблицею вище. За ці п'ять секунд учень видав учетверо більше, ніж людина здатна тримати весь день, але приблизно в тридцять сім разів менше, ніж кінь у стрибку. Якщо хочеш побачити ват у побуті, глянь матеріал про потужність холодильника: там ті самі вати, тільки з розетки.

Коротко

• Одна кінська сила, це не максимум коня, а його робочий темп на цілий день.
• У ривку кінь видає до 14,9 к.с.
• Людина тривало тримає 0,1 к.с., у ривку близько 1,2 к.с.
• Кінська сила буває метрична (735,5 Вт) і механічна (745,7 Вт).

Цифри пікової та тривалої потужності наведено за оглядом Р. Стівенсона і Р. Вассерсуга в журналі Nature (1993), який спирається на виміри 1925 року. Джерело: статті «Кінська сила» та Horsepower у Вікіпедії, ліцензія CC BY-SA.