page contents
مبادئ فيزيائية

كيف تعمل القدرة الحصاينة للسيارة

كيف تعمل القدرة الحصاينة للسيارة

من المؤكد عزيزي القارئ انك سمعت عن وحدة القدرة الحصانية horsepower في أي دعاية لسيارة جديدة أو انك تحدثت عن قوة محرك سيارتك باستخدام وحدة الحصان. ولكن ما هي هذه الوحدة وماذا تمثل لنا بالنسبة لكفاءة محرك السيارة؟ وهل كلما كانت القدرة الحصاينة اعلى كلما كان تسارع السيارة اعلى؟




في هذا الموضوع سوف نشرح وحدة الحصان horsepower بالتفصيل وعلاقتها بتسارع السيارة.

 

كلمة قدرة حصان horsepower اخترعت بواسطة العالم المهندس جيمس وات James Watt. عاش جيمس وات في الفترة من 1736 إلى 1819 وهو مشهور بأعماله في مجال زيادة كفاءة المحركات البخارية enginessteam. وتمجيدا لأعماله فقد أطلقت وحدة الوات على القدرة power فنقول مثلا إن قدرة المصباح الكهربي المستخدم في إضاءة الغرفة هو 60 وات.

 

تعود قصة وحدة الحصان إلى عمل العالم وات في مجال استخدام الحصن في رفع الفحم من مناجم الفحم، وكان يبحث عن طريقة للتحدث عن القدرة الممكن ان يحصل عليها من كل حصان. فوجد ان كل حصان يستطيع ان يعمل 22,000foot-pound في الدقيقة. قام بعد ذلك بزيادة العدد إلى 50% وقدرت قياس وحدة الحصان عند 33,000 foot-pounds في الدقيقة.

وعليه يمكن ان نعرف وحدة الحصان horsepower بمفهوم العالم وات ان كل حصان يستطيع ان يقوم بـ 33,000 foot-pound من الشغل في كل دقيقة. ولتوضيح ذلك دعنا نفترض ان هناك حصان يقوم برفع الفحم من منجم كما في الشكل أعلاه، فعندما يبذل الحصان 1 horsepower فانه يستطيع رفع 330 pounds من الفحم لمسافة 100 feet في الدقيقة، أو مقدار 33 pounds من الفحم لمسافة 1000 feet في الدقيقة، أو 1000 pound لمسافة 33 feet في الدقيقة. بمعنى انه يمكنك أن تحصل على أي ترتيب للأرقام على أن يكون حاصل ضرب المقدارين يساوي 33,000 foot-pound في الدقيقة.

يمكن تحويل وحدة القدرة الحصانية إلى وحدات أخرى اكثر استخداما على سبيل المثال

1 قدرة حصانية تكافئ 746 watts. أي اذا استخدمت حصان يعطي 1 قدرة حصانية لتشغيل مطحنة دقيق فانها تعادل تشغيل مولد بصورة مستمرة بقدرة 746 watts.

1 قدرة حصانية لمدة ساعة تعادل 2,545 BTU أو وحدة حرارية بريطانية. اذا اخذت ما مقداره 746 watt واستخدمتها لتشغيل سخان حراري فانك سوف تنتج طاقة حرارية بمقدار 2,545 BTU (وهو مقدار الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة مقدار 1 pound من الماء درجة فهرنهايتية واحدة).

1BTU تعادل 1,055jouls او 252 gram-calories أو 0.252 food calories. ومن الممكن ان نعتبر ان الحصان الذي ينتج 1 قدرة حصانية ان يحرق ما يعادل 641 Calories في الساعة اذا اعتبرنا ان كفاءته 100%.

 

قياس وحدة القدرة الحصانية horsepower في محرك السيارة

إذا أردنا أن نعرف قدرة محرك engine بوحدة القدرة الحصانية فإننا نقوم بتوصيل المحرك بداينوميتر dynamometer وهو عبارة عن أداة تقوم بقياس قوة الازدواج torque وسرعة دوران rotation speed المحرك. ويعمل الداينوميتر بتحميل ثقل على المحرك ويقوم الداينوميتر بقياس قدرة المحرك ضد هذا الثقل.

ولتوضيح فكرة عمل الداينوميتر دعنا نتخيل ان انك قمت بتشغيل محرك السيارة. وبالضغط على دواسة البنزين دون ان تتحرك السيارة فان المحرك سوف يعمل بسرعة كبيرة كانه سوف ينفجر. وهذا غير جيد وبالتالي على الداينوميتر نطبق حمل على المحرك ونقيس الحمل الذي يستطيع المحرك تحمله على سرعات مختلفة له. فمثلا بتطبيق حمل على المحرك لجعله يدور بسرعة 7,000 rpm (أي 7,000 لفة في الدقيقة) ونسجل مقدار الحمل الذي يتحمله المحرك. ثم نطبق حمل إضافي لجعل المحرك يدور عند 6,500rpm مثلا ونسجل مقدار الحمل من الداينوميتر. ثم نزيد الحمل اكثر لجعل المحرك يدور بسرعة 6,000rpm وهكذا. ويمكن ان نقوم بالبدء بـ 500rpm ونزيد سرعة المحرك عند حمل ثابت حتى الوصول إلى 1,000rpm ونسجل قراءة الداينوميتر. يقيس الداينوميتر العزم بوحدة pound-feet ونستطيع تحويله إلى قدرة حصانية بضرب العزم في rpm/5,252.

 




منحنى القدرة الحصانية

اذا قمنا برسم العلاقة بين القدرة الحصانية مقابل قيم rpm للمحرك سوف نحصل على محنى يعرف باسم منحنى القدرة الحصانية للمحرك. والمنحنى القياسي لاداء المحرك يبدو كما في الشكل الموضح ادناه.

 

يوضح هذا المنحنى قمة القدرة الحصانية لكل قيمة من قيم عدد لفات المحرك في الدقيقة rpm وهي اعلى قدرة حصانية نحصل عليها لكل قيمة rpm. كما يمكن الحصول على اعلى قيمة للعزم عند كل rpm. وفي اغلب الأحيان تعطى مواصفات السيارة للقدرة الحصانية عند 6,500rpm أي مثلا نقول ان قدرة السيارة 320 HP @ 6,500rpm ويعطى العزم عند دورات محرك بسرعة 5,000rpm.

 ومن الأمور الهامة لمنحنى القدرة الحصانية هو ان اين يمكن الحصول من المحرك على اقصى قدرة حصانية. فعندما ترغب في الحصول على تسارع كبير فان عليك ان تبقى على المحرك يدور عند اقصى قيمة للقدرة الحصانية وهي اعلى نقطة في المنحنى (عند 6,000rpm في المنحنى الموضح أعلاه) وعندها تنطلق السيارة بأقصى تسارع لها كما يفعل الكثيرون عند الوقوف على إشارات المرور وعند الرغبة في الانطلاق يجعلون المحرك يدور عند سرعة اقصى قدرة حصانية للسيارة وبتحرير الكلاتش تنطلق اقصى قدرة حصانية لسحب السيارة بأقصى تسارع ممكن لها.

القدرة الحصانية واقصى أداء للسيارة

يعتبر اعلى أداء للسيارة اذا امتلكت قدرة كبيرة بالنسبة لوزنها. هذا يعني انه كلما كانت السيارة اثقل وزنا كلما تطلب قدرة اكبر لتسريعها. ولهذا يحرص المنتجين للسيارات السريعة تقليل وزنها بالقدر المناسب.

والجدول التالي يوضح العلاقة بين القدرة الحصانية ووزن السيارة وتسارعها من 0 إلى 60 ميل في الساعة.

 

 

تلاحظ علاقة واضحة جدا بين زمن التسارع والنسبة بين القدرة الحصانية ووزن السيارة وفي معظم الأحوال كلما كانت النسبة بين القدرة الحصانية ووزن السيارة اعلى كلما كانت السيارة اسرع. وبالتالي ان كنت من عشاق السرعة عليك البحث عند شراء سيارة ان تراعي النسبة بين القدرة الحصانية ووزن السيارة ولا تهتم فقط بالقدرة الحصانية وحدها. وأخيرا سيارة سريعة عند اخف وزن لها لذا احرص دائما على التخلص من أي امتعة او اوزان إضافية لتجعل سيارتك تنتقل بسرعة اكبر.

 

مع تحياتي وقيادة امنة

د. حازم فلاح سكيك

www.hazemsakeek.net

الوسوم

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

إغلاق
إغلاق