แรงม้า

แรงม้า ( HP ) เป็นหน่วยวัดของพลังงานหรืออัตราที่ทำงานจะทำมักจะอยู่ในการอ้างอิงถึงการส่งออกของเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ มีหลายมาตรฐานและประเภทของแรงม้าที่แตกต่างกัน คำจำกัดความทั่วไปสองคำที่ใช้ในปัจจุบันคือแรงม้าเชิงกล (หรือแรงม้าของจักรพรรดิ ) ซึ่งมีค่าประมาณ 745.7 วัตต์และแรงม้าเมตริกซึ่งอยู่ที่ประมาณ 735.5 วัตต์

แรงม้า
Imperial Horsepower.svg
หนึ่ง แรงม้ากลยก 550 ปอนด์ (250 กิโลกรัม) โดย 1  ฟุตที่สอง
ข้อมูลทั่วไป
หน่วยของอำนาจ
สัญลักษณ์แรงม้า

คำที่ถูกนำมาใช้ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 โดยสก็อตวิศวกรเจมส์วัตต์เพื่อเปรียบเทียบการส่งออกของเครื่องยนต์ไอน้ำด้วยพลังของร่างม้า มันได้รับการขยายตัวหลังจากนั้นจะรวมถึงการส่งออกพลังงานประเภทอื่น ๆ ของเครื่องยนต์ลูกสูบเช่นเดียวกับกังหัน , มอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องจักรอื่น ๆ [1] [2]ความหมายของหน่วยแตกต่างกันไปตามภูมิภาคทางภูมิศาสตร์ ปัจจุบันประเทศส่วนใหญ่ใช้หน่วยSI วัตต์สำหรับการวัดกำลัง ด้วยการปฏิบัติตาม EU Directive 80/181 / EECในวันที่ 1 มกราคม 2010 อนุญาตให้ใช้แรงม้าในสหภาพยุโรปเป็นหน่วยเสริมเท่านั้น [3]

ทีมม้าหกตัวกำลังตัดหญ้าแห้งใน Lancaster County รัฐเพนซิลเวเนีย

การพัฒนาเครื่องจักรไอน้ำให้เหตุผลในการเปรียบเทียบผลผลิตของม้ากับเครื่องยนต์ที่สามารถแทนที่ได้ ในปี 1702 Thomas Saveryเขียนไว้ในThe Miner's Friend : [4]

เพื่อให้เครื่องยนต์ที่จะเพิ่มน้ำได้มากเท่ากับม้าสองตัวซึ่งทำงานร่วมกันในคราวเดียวในงานดังกล่าวสามารถทำได้และต้องมีม้าสิบหรือสิบสองตัวสำหรับการทำเช่นเดียวกัน จากนั้นฉันก็บอกว่าเครื่องยนต์ดังกล่าวอาจมีขนาดใหญ่พอที่จะทำงานที่ต้องใช้ในการจ้างม้าแปด, สิบ, สิบห้าหรือยี่สิบตัวเพื่อดูแลและเก็บไว้เพื่อทำงานดังกล่าวอย่างต่อเนื่อง ...

แนวคิดนี้ถูกนำมาใช้โดยJames Wattในภายหลังเพื่อช่วยทำการตลาดเครื่องจักรไอน้ำที่ปรับปรุงใหม่ของเขา เขาได้ตกลงกันไว้ก่อนหน้านี้ที่จะใช้ลิขสิทธิ์ของหนึ่งในสามของเงินฝากออมทรัพย์ในถ่านหินจากพี่ไอน้ำเครื่องยนต์ Newcomen [5]โครงการค่าภาคหลวงนี้ใช้ไม่ได้กับลูกค้าที่ไม่มีเครื่องจักรไอน้ำ แต่ใช้ม้าแทน

วัตต์ระบุว่าม้าสามารถหมุนล้อมิลล์ได้ 144 ครั้งในหนึ่งชั่วโมง (หรือ 2.4 ครั้งต่อนาที) [6]ล้อมีรัศมี 12 ฟุต (3.7 ม.); ดังนั้นม้าจึงเดินทาง2.4 ×2π× 12ฟุตในหนึ่งนาที วัตต์ตัดสินว่าม้าสามารถดึงด้วยแรง 180 ปอนด์ (800 นิวตัน) ดังนั้น:

วัตต์กำหนดและคำนวณแรงม้าเป็น 32,572 ft⋅lbf / min ซึ่งปัดเศษเป็น 33,000 ft⋅lbf / min [7]

วัตต์ระบุว่าลูกม้าสามารถยกน้ำหนักเฉลี่ย 220 lbf (0.98 kN) 100 ฟุต (30 ม.) ต่อนาทีในช่วงเวลาทำงานสี่ชั่วโมง [8]วัตต์จากนั้นตัดสินว่าม้าตัวหนึ่งมีพลังมากกว่าม้า 50% จึงมาถึงที่ 33,000 ฟุต⋅lbf / นาที [9] [ ต้องการแหล่งที่ดีกว่า ] วิศวกรรมในประวัติศาสตร์เล่าว่าในตอนแรกJohn Smeatonคาดว่าม้าสามารถผลิตได้ 22,916 ฟุต - ปอนด์ (31,070 นิวตันเมตร) ต่อนาที [10] ก่อนหน้านี้John Desaguliersเคยแนะนำ 44,000 ฟุต - ปอนด์ (59,656 N⋅m) ต่อนาทีและ Tredgold แนะนำ 27,500 ฟุต - ปอนด์ (37,285 Nm) ต่อนาที "วัตต์พบจากการทดลองในปี 1782 ว่า ' ม้าโรงเบียร์ ' สามารถผลิตได้ 32,400 ฟุต - ปอนด์ [43,929 นิวตันเมตร] ต่อนาที" [11]เจมส์วัตต์และแมทธิวบูลตันสร้างมาตรฐานที่ 33,000 ฟุต - ปอนด์ (44,742 นิวตันเมตร) ต่อนาทีในปีหน้า [11]

ตำนานทั่วไประบุว่าหน่วยนี้ถูกสร้างขึ้นเมื่อลูกค้ารายแรกของวัตต์ซึ่งเป็นผู้ผลิตเบียร์ต้องการเครื่องยนต์ที่เหมาะกับม้าโดยเฉพาะและเลือกม้าที่แข็งแกร่งที่สุดที่เขามีและขับไปจนถึงขีด จำกัด วัตต์ในขณะที่ตระหนักถึงกลอุบายได้ยอมรับความท้าทายและสร้างเครื่องจักรที่แข็งแกร่งกว่าที่ผู้ผลิตเบียร์ทำได้จริงและเป็นผลลัพธ์ของเครื่องนั้นซึ่งกลายเป็นแรงม้า [12]

ในปี 1993 RD Stevenson และ RJ Wassersug ได้ตีพิมพ์หนังสือโต้ตอบในNatureโดยสรุปการวัดและการคำนวณอัตราการทำงานสูงสุดและต่อเนื่องของม้า [13]อ้างถึงวัดทำที่ 1926 มลรัฐไอโอวายุติธรรมที่พวกเขารายงานว่าอำนาจสูงสุดในช่วงไม่กี่วินาทีได้รับการวัดเพื่อจะสูงถึง 14.9 แรงม้า (11.1 กิโลวัตต์) [14]และยังตั้งข้อสังเกตว่าเป็นกิจกรรมที่ยั่งยืนทำงาน อัตราประมาณ 1 แรงม้า (0.75 กิโลวัตต์) ต่อม้าสอดคล้องกับคำแนะนำทางการเกษตรจากทั้งศตวรรษที่ 19 และ 20 และยังสอดคล้องกับอัตราการทำงานประมาณ 4 เท่าของอัตราพื้นฐานที่สัตว์มีกระดูกสันหลังอื่นใช้เพื่อการทำกิจกรรมที่ยั่งยืน [13]

เมื่อพิจารณาถึงอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยมนุษย์มนุษย์ที่มีสุขภาพแข็งแรงสามารถผลิตได้ประมาณ 1.2 แรงม้า (0.89 กิโลวัตต์) ในช่วงสั้น ๆ (ดูคำสั่งขนาด ) และคงไว้ประมาณ 0.1 แรงม้า (0.075 กิโลวัตต์) ไปเรื่อย ๆ นักกีฬาที่ได้รับการฝึกฝนสามารถจัดการได้ถึง 2.5 แรงม้า (1.9 กิโลวัตต์) ในช่วงสั้น ๆ[15]และ 0.35 แรงม้า (0.26 กิโลวัตต์) เป็นระยะเวลาหลายชั่วโมง [16] ยูเซนโบลต์นักวิ่งชาวจาเมกาผลิตได้สูงสุด 3.5 แรงม้า (2.6 กิโลวัตต์) 0.89 วินาทีโดยทำสถิติโลกในระยะ 100 เมตร (109.4 หลา) 9.58 วินาทีในปี 2552 [17]