تفاوت اسب بخار و گشتاور

شاید برای شما هم اتفاق افتاده باشد که در مشخصات فنی یک وسیله نقلیه به گزینه های قدرت بر حسب اسب بخار و گشتاور بر حسب نیوتون بر متر مواجه شده باشد و بگویید اعدادی که بیانگر این واحد ها هستند چیستند و یا به چه کاری می آیند و یا اصلا کارایی آنها چیست؟ امروز میخواهیم برای اولین بار در دنیای اینترنت شما را درک این دو مولفه اصلی به زبان فارسی آشنا سازیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.

 

اسب بخار چیست؟

اسب بخار به انگلیسی: Horsepower که با hp نشان داده می‌شود، نام چند یکای توان ( قدرت ) است که میزان کار انجام شده را می‌سنجد. این واژه در اواخر قرن هجدهم توسط مخترع اسکاتلندی جیمز وات برای مقایسه بازده موتور بخار با قدرت اسب‌های کاری به تصویب رسید.

بعد از آن برای سنجش بازده موتورهای پیستونی و الکتریکی و توربین ها کاربرد آن بیشتر گشترش یافت، اما امروزه این اصطلاح بخاطر تعریف‌های مختلفی که از آن موجود بوده، در علوم چندان بکار نمی‌رود. اسب بخار به عنوان مقیاسی از توان موتورهای درون‌سوز بیشتر در صنعت خودروسازی اصطلاحی رایج است.

واحد توان در دستگاه SI وات است. یک اسب بخار بنابر تعاریف مشهور بین ۷۳۵.۵ تا ۷۵۰ وات است. در منابع و محاسبات مهندسی  مکانیک خودرو  یک اسب بخار برابر با ۱٫۳۴۱۰۲ کیلو وات  و در مهندسی برق یک اسب بخار برابر با ۷۴۶ وات است.

گشتاور چیست؟

 

عامل مؤثر در گشتن هر جسم به دور محوری را گَشتاوَر نیرو یا لنگر یا (Torque) می‌نامند. گشتاور یک کمیت فیزیکی است در حرکت چرخشی که به بزرگی نیرو و مسیر و مکان اثر نیرو بستگی دارد. گشتاور یک کمیت بُرداری بوده و یکای آن در سامانه استاندارد بین‌المللی یکاها، نیوتن متر ( N.m ) است.

 

یا در تعریفی دیگر می توان اینطور بیان نمود که گشتاور (Torque) نیرویی است که در جسم باعث دوران می شود. این نیرو عمود بر فاصله محوری، از مرکز جسم به آن وارد شده و موجب چرخش می گردد. مثل اینکه اگر یک آچار را روی پیچی قرار دهید و به آن نیرو وارد کنید پیچ شروع به چرخیدن می کند. اما اگر همان نیرو به طور مستقیم به پیچ وارد شود چون فاصله بازویی آن صفر است، اثری روی پیچ نمی گذارد.

اگر به جسمی در راستای محور یا مرکز آن نیرو وارد شود گشتاور صفر است.

 

به عبارت دیگر گشتاور از حاصلضرب خارجی بُردار مکان نقطهٔ اثر نیرو در بُردار نیروی وارد بر یک نقطه را گشتاور آن نیرو (حول مبدأ) گویند.

همان‌طور که از تعریف برمی‌آید، گشتاور کمیت نسبی بوده و نسبت به یک نقطه (مبدأ) سنجیده می‌شود. جهت بُردار با استفاده از قانون دست راست تعیین می‌شود.

اسب بخار در علم مکانیک خودرو:

 

خودروها قدرت خود را از کجا می آورند؟ انفجارهای خیلی کوچک که داخل موتور، هزاران بار در دقیقه رخ می دهد، باعث تولید قدرت می شوند. هر چه موتور بتواند سوخت را بطور موثرتر و بهینه در زمان کوتاه تری بسوزاند، می تواند انرژی بیشتری تولید کند. قدرت به سرعت تولید انرژی گفته می شود. این تعریف دقیقا مفهوم قدرت یا توان است، یعنی هر چه بتوانیم انرژی بیش تری در زمان کمتری تولید کنیم، قدرت یا توان ما بیشتر است. قدرت به وسیلهٔ یک واحد بسیار قدیمی به نام اسب بخار سنجیده می شود. اگر گفته شود که خودروی شما ۱۵۰ اسب بخار قدرت دارد، فکر کنید شبیه کالسکه ای است که ۱۵۰ اسب نامرئی آن را می کشند.

 

یک مهندس اسکاتلندی به نام جیمز وات واحد اسب بخار را اختراع کرد. وات، یک ماشین بخار ساخت و تصمیم گرفت آن را به مردم بفروشد. اما مردم تا قبل از آن فقط از اسب استفاده می کردند. بنابراین، او مجبور بود برای مشتریان خود، قدرت ماشین بخار را با قدرت اسب مقایسه کند. اما او در محاسبات خود اشتباه بزرگی مرتکب شد.

داستان به آنجایی بر می گردد که آقای وات محاسبات خود را بر اساس اسب های پاکوتاه در نظر گرفت. اسب هایی که می توانستند بار ۱۰۰ کیلوگرمی را در حدود ۳۰ متر در هر دقیقه بالا بکشند (یعنی حدود ۳۰۰۰ کیلوگرم متر در هر دقیقه).سپس او حدس زد (البته به اشتباه) که اسب های معمولی ۵۰% قوی ترند و می توانند در هر دقیقه ۴۵۰۰ کیلوگرم متر با یک اسب بخار قدرت داشته باشتد. اما واقعیت این است از نظر قدرت، اسب های پاکوتاه با اسب های معمولی تفاوتی ندارند. پس باید نتیجه گرفت که یک اسب معمولی و یک اسب پا کوتاه هر دو ۰٫۷ اسب بخار قدرت دارند. خوشبختانه امروزه دانشمندان برای قدرت از یک واحد بهتر و دقیق تر به نام وات استفاده می کنند.


شناخت و درک قدرت و گشتاور در مکانیک خودرو به زبان ساده:

قدرت را بر اساس اسب بخار و شتاب را بر اساس گشتاور بیان می نمایند. واحد بیان  قدرت کیلوات بر دور در دقیقه میباشد و واحد بیان گشتاور بر اساس نیوتن بر متر بیان میگردد.

زمانی که گفته میشود مثلا یک موتور با قدرت ۱۴٫۵ کیلوات در ۷۵۰۰ دور در دقیقه  است یعنی حداکثر قدرت ایجاد شده در این موتور برابر با ۱۹٫۴۴ اسب بخار در ۷۵۰۰دور را دارا می باشد. به این معنا که اگر دور موتور شما هر چقدر از ۰ به ۷۵۰۰ دور در دقیقه نزدیکتر شود شاهد افزایش قدرت خواهید بود و اگر دور موتور شما بیش از ۷۵۰۰ دور در دقیقه باشد قدرت در موتور ثابت خواهد ماند و افزایش قدرتی نخواهید داشت.

حال اگر در موتوری بیان گردیده باشد گشتاور ۱۷٫۵ نیوتون بر متر در ۶۰۰۰ دور به این معنا است که حداکثر شتاب حاصل در این موتور برای رسیدن از سرعت ۰ به ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت در دور موتور ۶۰۰۰ دور در دقیقه با نیرویی برابر با ۱۷٫۵ نیوتون برای یک متر حرکت خواهد بود. هرچقدر میزان کشتاوری در دور موتور پایین تر صورت بگیرد شتاب اولیه بیشتر خواهد بود اما شتاب گیری سریعتر تمام خواهد شد.

مثلا اگر شما با یک موتورسکلت با نیروی ۲۰nm در ۵۰۰۰rpm  اقدام به حرکت نمایید سرعت شما از ۰ تا ۱۰۰ کیلومتر در ساعت در ۵ ثانیه اتفاق خواهد افتاد اما اگر همین تست را بایک موتور با نیروی ۲۰nm در ۷۵۰۰rpm انجام دهید سرعت شما از ۰ تا ۱۰۰ در ۸ ثانیه اتفاق خواهد افتاد.

اما به این نکته توجه داشته باشید که هر چقدر نیروی گشتاوری بیشتر باشد شتاب گیری شما به مراتب سریعتر خواهد بد.

 

تفاوت در قدرت و گشتاور:

گیربکس هر وسیله موتوری به دو دسته تقسیم می گردد. گیربکس های قدرتی و گیربکس های سرعتی.

اگر گیربکس یک موتور سیکلت از نوع قدرتی باشد لذا به همین دلیل میزان گشتاوری آن کاهش پیدا می نماید. و اگر گیربکس سرعتی باشد میزان قدرت در آن کاهش خواهد یافت.

به بیان دیگر قدرت با گشتاور رابطه عکس دارند.