ما هو الحصان الميكانيكي؟
يعرف الحصان الميكانيكي بأنه القدرة الحصانية أو معدل إنجاز عمل ما في وقت محدد، وتُساوي القدرة الحصانية الواحدة 550 رطل/ قدم من الشغل في الثانية الواحدة، على فرض أن الرطل/ قدم هو مقدار الشغل اللازم لرفع رطل واحد مسافة قدم واحد، وتعادل وحدة الحصان الواحد قدرة كهربائية مقدارها 746 واط، وقد تبنّى هذه القيمة المهندس الأسكتلندي جيمس واط وذلك في أواخر القرن الثامن عشر، وتوصل لهذه القدرة بعد تجاربه العديدة مع الخيول القوية، وتمتاز هذه الخيول القوية التي أجرى الاختبارات عليها بأنها تتحمل أكثر مما يتحمله الحصان العادي بمعدل 50% في يوم العمل.
وكلمة حصان هي وحدة للقدرة، تصف سرعة تبادل الطاقة، وقد أحدث مصطلح القدرة الحصانية تحسينات عديدة وكبيرة على المحرك البخاري، وأصبح هذا المصطلح يُستخدم على نطاق واسع في مجال محركات السيارات، إذ تُدرج أحيانًا في ورقة الكاتالوج إلى جانب عزم الدوران، فعزم الدوران يُمثل قوة الدوران للسيارة، وعليه فإن قوة السيارة تعتمد على القوة الحصانية والعلاقة بينهما طردية ، فكلما زادت القوة الحصانية سيتمكن السائق من السير بسرعات أكبر، والعكس صحيح، أما السيارة التي لديها عزم دوران كبير فهي قادرة على التسارع بشكل أكبر من السيارات ذات عزم الدوران الأقل.
سبب تسمية الحصان الميكانيكي
دعا المهندس الأسكتلندي جيمس واط إلى وقف إهدار الفحم المستمر للتبريد والتسخين الذي يتطلّبه محرك البخار القديم، وذلك بعد أن أعلن عن اختراعه للنسخة المحسنة من المحرك البخاري والذي صممه توماس نيوكومن عام 1712م، وقد اخترع مصطلح الحصان الميكانيكي ليُسهل على الناس فهم قوة هذا المحرك وتجعلهم يقتنعون بشرائه، فعلى الرغم من أنهم استخدموا المحركات البخارية بالموديلات القديمة لعمليات الرفع والدفع الثقيلة، إلا أنهم لم يستغنوا عن الأحصنة التي كانوا يمتلكونها في عملهم لرفع الكميات الكبيرة والثقيلة وجر العربات الضخمة، والتي كانت تتم من خلال استخدام حصانين معًا بجانب بعضهما البعض، أو ما قد يصل أحيانًا إلى 10-12 حصانًا عند الحاجة لإتمام مهمة كبيرة.
وبعد أن أجرى واط الكثير من الحسابات توصل إلى أن المحرك الذي صممه يُنتج طاقة تُمكّن الناس من استبدال 10 أحصنة تجر العربات بهذا المحرك، ولكنه أخطأ في البداية لأنه عمم القدرة الحصانية على جميع الأحصنة ولم يُحدد نوعها، فهذه القدرة تخص الأحصنة القوية وليس الأحصنة العادية، والتي تم تسميتها بالأحصنة القياسية، والتي تعد أقوى من الحصان العادي بـ0.7 مرة. وفي عام 1827م تم السماح للقطارات للمرة الأولى بنقل الركاب باستخدام المحركات المحدثة، بدلًا من تلك التي تعتمد على الفحم، وذلك بعد أن كانت تعد خطرًا على حياة البشر، وفي عام 1830م أجرى توم كوبر اختبارًا عندما توقف قطار تجره الخيول، ثم تحدّى أن يستطيع جرّها بالمحرك البخاري، ولكنه خسر بالتحدي، إلا أنه وبالوقت ذاته جعل هذا المحرك محط إعجاب الجمهور حتى أصبح منتشرًا وبدأ استخدامه على نطاقات واسعة.
معادلة الحصان الميكانيكي
فيما يأتي صيغة معادلة القدرة الحصانية:
قدرة الحصان (HP)= (عزم الدوران × السرعة)/ 5252
إذ إن وحدات القياس تكون كالآتي:
- قدرة الحصان: بـ"الحصان الميكانيكي".
- عزم الدوران: بـ"رطل.قدم".
- السرعة: بـ"دورة في الدقيقة".
وتُطبّق هذه المعادلة لحساب السرعة في نهاية سباق مثلًا، حيث تُعطى قيمة القدرة الحصانية بناءً على قوة المحرك، كما تُعطى قيمة عزم الدوران والتي تكون معروفة في المحرك أيضًا، وتُحل المعادلة بالطريقة الرياضية المعتادة.
وحدة الحصان الميكانيكي
تقاس القدرة الحصانية بوحدة الحصان الميكانيكي، والتي تعبر عن مقدار الطاقة اللازمة لرفع 550 رطل من الكتلة بارتفاع قدم واحد في الثانية الواحدة، وهذا يعد التعريف الشائع، فقد يعبر الحصان الميكانيكي أيضًا عن مقدار الطاقة اللازمة لرفع 330 رطل من الفحم على ارتفاع 100 قدم في الدقيقة، أو 33 رطل من الفحم على ارتفاع 1000 قدم في الدقيقة الواحدة، وغيرها من التعريفات التي تختلف بوحدات القياس المستخدمة.
أمثلة على حساب الحصان الميكانيكي
فيما يأتي بعض الأمثلة على حساب الحصان الميكانيكي:
- مثال 1: احسب القوة الحصانية لمركبة تتحرك بسرعة 500 دورة في الدقيقة، وعزم دورانها هو 100 رطل/ قدم.
- الحل: تُشير هذه المعطيات إلى أن:عزم الدوران= 100 رطل/ قدم، والسرعة= 500 دورة في الدقيقة.
- وبتطبيق المعادلة السابقة: قوة حصان (HP)= (عزم الدوران × السرعة)/ 5252، فإن؛ القدرة الحصانية= (100 × 500)/ 5252= 9.52 حصان؛ وهذا يعني أن قوة محرك السيارة تساوي 9.52 حصان.
- مثال 2: احسب القوة الحصانية لسيارة تسير بسرعة 600 دورة في الدقيقة بعزم دوران 100 رطل لكل قدم.
- الحل: تُشير هذه المعطيات إلى أن؛ عزم الدوران= 100 رطل/ قدم، والسرعة= 600 دورة في الدقيقة.
- وبتطبيق المعادلة السابقة: قوة حصان (HP)= (عزم الدوران× السرعة)/ 5252، فإن؛ القدرة الحصانية= (100 × 600)/ 5252= 1.142 حصان، وهذا يعني أن قوة محرك السيارة تساوي 1.142 حصان.
- مثال 3: احسب سرعة سيارة قوتها الحصانية 0.865 حصان وعزم دورانها 250 رطل لكل قدم.
- الحل: تُشير هذه المعطيات إلى أن؛ عزم الدوران= 250 رطل/ قدم، وقوة الحصان= 0.865.
- وبتطبيق المعادلة السابقة: قوة حصان (HP)= (عزم الدوران× السرعة)/ 5252، فإن؛ 0.865= (250 × السرعة)/ 5252.
- ومنه؛ السرعة= (0.865 × 5252)/ 250= 18.17 دورة في الدقيقة.
الخلاصة
الحصان الميكانيكي هو مصطلح أو وحدة ميكانيكية تُستخدم للإشارة إلى قوة محرك السيارة، وقد اخترعه المهندس جيمس واط، إذ يُعبّر عن سرعة إنجاز مهمة معينة في وقت محدد، وغالبًا ما تُقارن المحركات بقوة الأحصنة القوية التي تُستخدم في السباقات، وقد أصبحت هذه الوحدة مُعتمدة في أنظمة المحركات وتوضع في كتالوج السيارات لتُشير إلى قوتها.
