مفهوم قدرت و اسب بخار و کیلو وات را به زبان ساده یاد بگیرید

اگر هنوز هم در درک مفهوم اسب بخار و ارتباط آن با گشتاور مشکل دارید؛ این مطلب برای شما نوشته شده است.

مفهوم اصلی اسب بخار این است: توانایی بلندکردن وزنه ۷۵ کیلوگرمی به ارتفاع ۱ متر در عرض ۱ ثانیه. بنابر تعاریف فیزیکی، در اثر واردشدن نیرو، وزنه ۱ متر جابه‌جا شده و کار انجام می‌شود. هرچند برای انسان‌ها اهمیتی ندارد که یک اسب این کار را انجام دهد یا یک خودرو، اما از آنجا که خودرو سریع‌تر آن را به پایان می‌رساند، آدم امروزی به خودروی علاقه بیشتری دارد.

پس می‌بینیم که سرعت انجام کار هم برای ما اهمیت دارد. در قوانین فیزیک، به نرخ (سرعت) انجام کار، قدرت می‌گویند. عبارت «اسب بخار» هم تنها یک واحد برای اندازه‌گیری همین قدرت به شمار می‌رود؛ همان‌گونه متر واحد اندازه‌گیری طول و سانتی‌گراد، واحد اندازه‌گیری دما است.

اسب بخار از کجا آمده است؟

برای درک بهتر واژه اسب بخار، بگذارید نگاهی به نحوه ایجاد آن بیاندازیم. در دوره‌ای از تاریخ، شخصی یک وزنه را از طریق یک نخ و قرقره به یک اسب می‌بندد و کاری می‌کند تا اسب بخت‌برگشته با حرکت خود، وزنه را بلند کند (مطابق تصویر بالا). با توجه به اندازه‌گیری‎‌های این شخص، اسب با گذر ۱ ثانیه، وزنه ۷۵ کیلوگرمی را ۱ متر بلند می‌کند. پس به بیان نه‌چسب اما حیاتی ریاضی، قدرت همان حاصل تقسیم کار بر زمان است. با درنظر گرفتن این فرمول درک می‌کنیم که اگر وزنه نصف شود، اسب یادشده می‌تواند درعرض ۱ ثانیه وزنه را ۲ متر جابه‌جا کند.

حال وقت آن است که به زمان حال برگردیم. کار موتور خودرو به‌صورت چرخشی انجام می‌شود پس باید به واحد چرخش آن یعنی گشتاور هم نگاه کنیم. قدرت یک موتور حاصل ضرب گشتاور خودرو در دور موتور آن بر واحد RPM (دور بر دقیقه) است؛ اما چون اسب بخار چیزی نیست که در واقعیت وجود داشته باشد و یک واحد فرضی محسوب می‌شود، برای حصول آن باید عدد به‌دست‌آمده را به یک عدد ثابت تقسیم کنید. در سیستم اندازه‌گیری انگلیسی این عدد ۵۲۵۲ تعیین شده است.

درک بهتر این واحد

هرچند نحوه محاسبه قدرت در دو سیستم اندازه‌گیری انگلیسی و متریک (که در ایران استفاده می‌شود) یکسان است اما به‌دلیل وجود خطا، ۱ اسب بخار انگلیسی (BHP یا HP) برابر ۱.۰۱۳ اسب بخار متریک (PS) است. ما در رسانه پدال به رقم PS اشاره می‌کنیم اما شرکت‌های خودروسازی برای معرفی محصولاتشان هر دو رقم را اعلام می‌کنند.

آیا قدرت اعلام‌شده توسط شرکت‌ها صحت دارد؟

کمتر خودروسازی پیدا می‌شود که در اعلام قدرت محصولاتش دروغ بگوید؛ چون صحت آن موردبررسی قرار می‌گیرد. اما به‌عنوان مشتری آگاه باید درنظر داشته باشید که رقم اعلام‌شده توسط سازنده، حداکثر قدرت قابل‌دستیابی خودرو است که در یک دورموتور خاص حاصل می‌شود و همیشگی نیست. پس در دورهای دیگر، قدرت پیشرانه کمتر از رقم اعلام‌شده خواهد بود.

راستی گشتاور چه ربطی به قدرت داشت؟

رفتار خودرو قبل و بعد از دور موتور خاصی که در آن به حداکثر قدرتش می‌رسد، روی عملکرد نهایی تاثیر به‌سزایی دارد. برای درک بهتر این موضوع، دو خودرو  را در نظر بگیرید که هر دو به پیشرانه‌های ۲ لیتری ۲۰۰ اسب بخاری مجهز شده‌اند. موتور «الف» از توربوشارژر سود می‌برد درحالی‌که موتور «ب» تنفس‌طبیعی است.

با نگاه به نمودار قدرت (تصویر بالا) می‌بینیم که موتور الف در دور ۲۵۰۰rpm حدود ۱.۵ برابر قدرت بیشتری تولید می‌کند. دلیل آن هم در نمودار گشتاور زیر مشخص است؛ چراکه در آن دور موتور به‌خصوص، پیشرانه توربوشارژ ۱.۵ برابر گشتاور بیشتری دارد. پس با اینکه خودروی توربو در دستیابی به سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت سریع‌تر از خودروی تنفس‌طبیعی خواهد بود، مزیت اصلی آن سرعت بیشتر در دور موتورهای پایین مانند ۲۵۰۰rpm است؛ جایی که توربوشارژر گشتاور زیادی تولید می‌کند. البته حداکثر سرعت آن‌ها تقریبا یکسان خواهد بود چون عملا قدرت یکسان به حداکثر سرعت یکسان ختم می‌شود؛ مگر آنکه خودروساز آن عمدا را محدود کند.

کیلووات چیست؟

کیلووات هم یک واحد دیگر در اندازه‌گیری قدرت به شمار می‌رود که احتمالا آن را در وسایل برقی یا خودروهای الکتریکی بیشتر شنیده‌اید. امروزه قدرت تمام پیشرانه‌ها را با این واحد تایید می‌کنند؛ چراکه در رابطه با اندازه‌گیری قدرت، واحدی علمی‌تر به شمار می‌رود و ربطی به تفاوت‌های منطقه‌ای ندارد. تنها دلیلی که امروزه ما به‌جای این واحد از اسب بخار استفاده می‌کنیم این است که برخلاف چراغ خواب یا یخچال، این خودروها بودند که جایگزین اسب‌ها شدند.

با آغاز عصر خودروهای برقی اما این واحد دوباره وارد میدان شده است و عدم استفاده از آن مانند بیان قدرت تلویزیون به اسب بخار خواهد بود که کمی مسخره به نظر می‌رسد. بالاخره خودروهای برقی هم نوع بزرگ‌تر و پیچیده‌تر وسایل الکترونیکی درون خانه‌مان هستند که با همان صدای آشنای ریش‌تراش برقی یا ماشین‌لباسشویی حرکت می‌کنند؛ اما بسیار از سریع‌تر از آنچه تصورش را بکنید. اگر دوست دارید درباره دلیل سرعت بیشتر این خودروها اطلاعات کسب کنید، مطلب «چرا شتاب خودروهای برقی، بهتر از مدل‌های احتراقی است؟» را مطالعه کنید. اگر هم به صدای پیشرانه‌های درون‌سوز علاقه‌مند هستید، سری به مقاله «تماشا کنید: چه عواملی یک موتور را خوش صدا می‌کند؟» بزنید. راستی خودروی شما چند اسب بخار قدرت دارد؟