ما هو الحصان الآلي؟ وما الذي تعنية قدرة الحصان؟

من المؤكد أنك سمعت أحدهم وهو يتباهى بقوة سيارته: “إنها بقدرة 350 حصان”، ومن المؤكد أيضاً أنك سمعت من يتباهى بسعة المحرك “سعة 4500 سم مكعب مثلاً”، ولكن ما هو الحصان؟ وكيف يؤثر حجم المحرك على القدرة؟ والأهم من هذا وذاك متى تكون هذه القدرة كافية لتكون إحدى السيارات رياضية حقاً؟ في الموضوع التالي سنقدم الأجوبة للتساؤلات السابقة… استمتع بالقراءة.

عُرِف مصطلح أو تعبير حصان لأول مرة كاختراع للمهندس جيمس واط الذي عاش في الفترة بين 1736 – 1819م وعرف بتحسينه لأداء محركات البخار، وترجع قصة هذا المصطلح إلى الفترة التي عمل فيها جيمس مع المهور التي ترفع الفحم من المناجم، فقد كان يفكر آنذاك في طريقة للتحدث عن قوة إحدى هذه المهور.

من خلال الملاحظة، وجد واط أنه وبالمعدل يستطيع المهر أن يرفع فحماً بمقدار 22000 باوند مسافة قدم واحدة في الدقيقة (1 باوند = 0.4536 كغم، 1 قدم = 0.3048 متر)، لقد زاد صديقنا هذا الرقم بمقدار 50% فأصبح 33000 باوند قدم في الدقيقة، وهنا قرر واط أن العمل الذي يتم بهذه الكثافة يمكن اصطلاح أنه بقدرة عمل حصان… نعم، هذه هي العملية الاعتباطية التي قدرت العديد من القوى خلال القرون وأصبحت الآن مقياساً أساسياً للدلالة على قدرة السيارات وغيرها من الآلات مثل مضخات المياه وقاطعات العشب وحتى المكانس الكهربائية.

إذاً وحسب رأي جيمس واط، يستطيع الحصان الواحد أن يرفع 33000 باوند مسافة قدم في كل دقيقة، تخيل الآن حصاناً يرفع فحماً من المنجم كما هو مبين أعلاه، هذا يعني أن هذا الحصان يستطيع أن يرفع 330 باوند من الفحم لمسافة 100 متر خلال دقيقة واحدة، أو أن يرفع 33 باوند لمسافة 1000 متر خلال دقيقة، أو  أن يرفع 1000 باوند مسافة 33 قدم في الدقيقة…  إلى آخره، يمكنك اختيار أوزان وأطوال مختلفة بشرط أن يكون الناتج 33000 في الدقيقة وتكون قد حصلت على قدرة حصان.

لا تصعب الأمر كثيراً، فلن تفكر في أن يكون الحمل 33000 باوند من الفحم وتطلب من الحصان أن يتحرك مسافة قدم واحدة، لأن الحصان لن يكون قادراُ على زحزحة ذلك الحمل الكبير، كذلك لن يستطيع الحصان أن يرفع حملاً مقداره باوند واحد ويركض مسافة 33000 قدم في دقيقة أي بسرعة 600 كيلومتر/ساعة!

يمكن أن تعادل القدرة الحصانية بوحدات أخرى ، على سبيل المثال ، يعادل الحصان الواحد 746 واط أو 2.545 British Thermal Units BTU، وبذلك إذا وضعت حصاناً على جهاز المشي فسيمكنه أن يولد 746 واط بشكل مستمر، وإذا شبكت هذا التيار بمدفأة كهربائية فسيستطيع أن يولد 2.545 BTU  في الساعة، وهذا يقودنا للتالي:

قياس القدرة الحصانية

إذا أردت أن تعرف القدرة الحصانية لمحرك ما، يجب أن تعلق المحرك إلى أداة لقياس القوى تسمى الداينوموميتر Dynomometer، وهنا نضع حملاً على جهاز الداينوموميتر، ونقيس الحمولة التي يمكن للمحرك أن يتحملها على سرعات دوران مختلفة.

إذاً عندما تريد قياس قدرة محرك ما تستطيع أن تربطه إلى الداينوموميتر وتجعله يعمل بأقصى طاقة، ثم تضع حملاً مناسباً بحيث تبقى سرعة دوران المحرك عند مستوى دوران 7000 دورة/دقيقة مثلاً، ستسجل الآن مقدار الحمل الذي استطاع المحرك أن يتحمله، بعد ذلك تزيد الحمل بحيث تهبط سرعة المحرك إلى 6500 د/د وسجل الحمل عندها، ثم تضيف حملاً لتهبط سرعة المحرك إلى 6000 د/د وهكذا.

تستطيع أيضاً أن تتبع أسلوب التدرج من الأسفل أي أن تبدأ عند 500 د/د ثم 1000 د/د وهكذا. إن ناتج القياس هو العزم (قدم باوند أو نيوتن متر) ، ولنحول العزم إلى أحصنة نضرب الرقم ب 5252 د/د .

إذا وضعت القدرة الحصانية الآن مقابل قيم دورات المحرك تكون قد حصلت على منحى القدرة الحصانية. التالي يظهر منحنى القدرة الحصانية لمحرك متوسط الأداء، وهو في الحقيقة عائد لسيارة لكزس IS350 للعام 2006:

يعطينا هذا المخطط فكرة عن سرعة المحرك التي توفر أكبر قدرة حصانية ممكنة (قمة القدرة الحصانية) وهي هنا تساوي تقريباً 6100 د/د، كذلك فهو يعطينا سرعة المحرك التي توفر قمة العزم، وهذا يفسر المواصفات التقنية:  276 حصاناً عند 6100 د/د، وعزم 249 نيوتن متر عند 4700 د/د.

بما أنك الآن على علم بالمنطقة التي توفر أكبر قدرة حصانية، ستحاول عندما تريد الانطلاق بسرعة أو أن تتسارع أن تبقي سرعة دوران المحرك قريبة من تلك المنطقة، وهذا يفسر وضعك للنسبة الأقل في علبة التروس عندما تحاول أن تتسارع فهذا يعني أنك زدت سرعة دوران المحرك ليتحرك إلى نقطة أقرب إلى نقطة القدرة الحصانية الأكبر على المخطط، كذلك عندما تحاول الانطلاق بسرعة من إشارة ضوئية فإنك ترفع سرعة المحرك لتصل إلى منطقة قريبة من القدرة القصوى ثم ترفع قدمك بسرعة عن دواسة القابض الفاصل لكي تنقل أقصى قدرة للعجلات.

القدرة الحصانية في السيارات العالية الأداء

يمكن اعتبار إحدى السيارات عالية الأداء إذا كانت تملك الكثير من القدرة مقارنة لوزنها، وكلما زاد وزن السيارة كلما زادت القدرة اللازمة لدفعها، وإذا كانت القدرة محددة فإنك يجب أن تقلل من وزن السيارة لتتسارع بشكل أفضل.

هناك ارتباط وثيق بين نسبة القدرة للوزن من جهة وزمن التسارع من الثبات إلى 100 كلم/ساعة من جهة أخرى، وكلما زادت النسبة كلما كانت السيارة أسرع، إذن لا لن نتوقع أداء فائق من سيارة قدرتها 250 حصاناً ووزنها ثلاثة أطنان، كذلك ستكون قدرة 153 حصاناً فقط كافية لتوفر أداء رياضي محترم لمركبة خفيفة مثل T.REX التي تزن 410 كغم فقط (الصورة أدناه).

القدرة: معدل بذل الشغل في الزمن ووحدتها جول/ثانية وتسمى الواط، الحصان = 746 واط.

الواط: قدرة آلة أو قوة تنجز شغلاً مقداره جول واحد في مدة ثانية واحدة.

الجول: الشغل المبذول عندما تتحرك قوة مقدارها 1 نيوتن مسافة متر واحد في اتجاه تأثيرها.

النيوتن: القوة التي تسبب تسارع قدره متر/ثانية تربيع لكتلة غرام واحد.

إقرأ أيضاً: نيسان تستخدم قدرة الجمل بدلاً من الأحصنة