Одиниця виміру «кінська сила» відома всім автомобілістам — та й не лише їм. Але що вона взагалі означає? Кому прийшла ідея вимірювати потужність двигунів у конях та навіщо? І головне, як цей показник співвідноситься із можливостями реального копитного? Здавалося б, в одному коні має бути одна кінська сила. Але насправді все складніше.
Вперше кінську силу (англ. horsepower) як одиницю виміру ввів шотландський інженер та механік Джеймс Уатт, який прославився створенням універсальної парової машини. Популярна помилка свідчить, що паровий двигун вигадав саме він, але насправді винахідник удосконалив агрегат Томаса Ньюткомена. Проте саме його творіння започаткувало промислову революцію в Англії.
Парова машина Ньюткомена споживала надто багато палива і була не така ефективна. Тому Уатт, щоб переконати промисловців переходити на його модель, пропонував їм таку схему оплати. Він підтримує працездатність встановленого ним парового двигуна, а натомість отримує регулярні платежі. Складатимуть вони третину грошей, заощаджених клієнтом при купівлі вугілля. Така «підписка» виявилася вигідною, і машину почали купувати.
Але коли Уатта запросили зібрати паровий двигун для млина двох лондонських пивоварів Годвіна та Вітбреда, схема дала збій. Ті використовували для обертання жорен старих добрих коней, тому аргумент з економією вугілля не подіяв. Уатт опинився у скрутному становищі: як йому продемонструвати, наскільки вигіднішою буде парова машина порівняно з копитними?
Безпосередньо виміряти споживання фуражу конем і машиною було неможливо, оскільки котел був розрахований на топку сіном.
І щоб переманити на свій бік фанатів перевіреної часом технології у вигляді тяглової худоби, Уатт розробив «кінські сили». Він спостерігав за роботою млинового механізму та встановивЩо середня кінь здатна повернути колесо радіусом 12 футів (3,7 м) 144 рази на годину, або 2,4 рази на хвилину.
Знаючи це, Уатт вважав, що тварина може розвивати тяглове зусилля в 180 фунтів-сил – це приблизно 800 ньютонів. Потужність – це робота, що здійснюється за одиницю часу. І Джеймс визначив цей показник коня як 32572 фут-фунтів на хвилину. Потім він округлив це число до 33 000 фут-фунтів сили за хвилину (44 742 Дж). Тобто одна кінська сила – це приблизно 745,7 Вт.
А потім Уатт визначив потужність своєї машини, використавши площу її поршня в квадратних дюймах, середній надлишковий тиск пари в фунтах на квадратний дюйм і швидкість поршня у футах за хвилину. І дійшов висновку, що його машина видає 10 кінських сил.
Так інженер зміг довести клієнтам, що його агрегат кращий за коня. Він не тільки потужніший, а й відпочинку не потребує, гній не виробляє і копитом лягнути не може.
З промисловою революцією кінська сила Уатта стала головним заходом вимірювання потужності. Довгий час у всьому світі тільки нею користувалися. Але через те, що коні один від одного відрізняються, цифри у різних механіків теж були різними. Інженери та фізики Джон Смітон, Джон Дезагульє, Томас Тредголд – усі намагалися вирахувати найбільш стандартизовану кінську силу у вакуумі. І всі результати розходилися.
Не дивно, що на Другому Конгресі Британської Наукової асоціації в 1882, через 63 роки після смерті Уатта, була прийнято сучасна одиниця потужності Вт, названа на його честь і покликана замінити кінську силу.
Але від використання кінських сил не відмовилися — більше, придумали безліч їх різновидів. Так, існують метричні л. с., якими зараз користуються у більшості європейських країн. Це 75 кгс·м/с, чи 735,49875 Вт, тобто трохи менше уаттовских кінських сил. Ще є гідравлічні, механічні, електричні та навіть податкові л. с. За допомогою останніх визначають величину податку транспортні засоби. У США є також так звані котлові л. с., якими вимірюють здатність котла подавати пару двигун. Загалом до реальних можливостей реальних коней цей показник давно вже не намагаються прив’язувати.
Але якщо взяти уаттовську кінську силу — чи це означає, що саме така потужність копитного? Ні не зовсім. Справа в тому, що він розраховував цей параметр, орієнтуючись на швидкість, яку кінь здатний підтримувати, обертаючи колесо цілий день. Звичайно, це була не максимальна продуктивність тварини. Якби його змушували стрибати навколо колеса на повній швидкості, воно видало б у рази більше, перш ніж упало б від перенапруги.
Біологи Роберт Стівенсон з Університету Массачусетса в Бостоні та Річард Вассерсуг з Університету Далхаузі в Канаді розрахували максимальну потужність, яку фізично може розвинути кінь. Оцінивши м’язову масу великого коня і взявши до уваги, що для механічної роботи вона здатна задіяти близько 30% скелетних м’язів, вони встановили максимально можливу пікову потужність копитного 18 000 Вт. Це близько 24 л. с.
Так, в теорії кінь може вольовим зусиллям взяти і видати ту ж потужність, що і 24 його побратими, які працюють у більш спокійному темпі.
Звичайно, довго такий загнаний кінь не прожив би — у нього просто відмовили б м’язи від навантаження. Тобто 24 л. с. — це межа потужності, у більшості коней показник буде значно нижчим. Наприклад, 1925-го на ярмарку в Айові проходило змагання з перетягування каната, і там коні показували куди як скромніші результати. На короткий період вони розвивали потужність 14,9 л. с.
А в 2023 році група інженерів-ентузіастів заради інтересу модифікувала автомобільний динамометр, щоб виміряти потужність коня, та їх важковоз видав всього 5,7 л. с. (4,3 кВт).
До речі, якщо вам цікаво: здорова середня людина здатна довгий час виконувати роботу, видаючи близько 0,1 л. с., а в короткочасному граничному зусиллі – 1,2 л. с. Треновані спортсмени можуть ненадовго розвивати до 2,5 л. с. і протягом кількох годин підтримувати потужність 0,35 л. с. А ямайський спринтер Усейн Болт продемонстрував максимальну потужність 3,5 л. с. – Щоправда, всього на 0,89 секунди.
Ну і підіб’ємо нарешті підсумки. В одному коні може бути максимум 24 кінські сили. Або 6,85 Усейна Болта.
