با تفاوت قدرت و گشتاور آشنا شوید

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. ( منبع ویکی پدیا )

• منظور از گشتاور خودرو چیست؟
• با مفهوم قدرت و گشتاور خودرو آشنا شوید

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 1.34102 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.( منبع ویکی پدیا )

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.

رابطه میان نیرو (F)، گشتاور (τ)، و بُردارهای ممان (p و L) در یک سیستم درحال چرخش

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 150 اسب بخار قدرت دارد، فکر کنید شبیه کالسکه ای است که 150 اسب نامرئی آن را می کشند.( منبع پدال )

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 100 کیلوگرمی را در حدود 30 متر در هر دقیقه بالا بکشند (یعنی حدود 3000 کیلوگرم متر در هر دقیقه).سپس او حدس زد (البته به اشتباه) که اسب های معمولی 50% قوی ترند و می توانند در هر دقیقه 4500 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 0.7 اسب بخار قدرت دارند. خوشبختانه امروزه دانشمندان برای قدرت از یک واحد بهتر و دقیق تر به نام وات استفاده می کنند.

شما می توانید اسب بخار هر وسیله ای را که انرژی مصرف می کند، محاسبه کنید. از یک لامپ کوچک گرفته تا یک فضاپیما! در واقع پنج نوع تعریف مختلف برای اسب بخار وجود دارد که کاملا گیج کننده اند. البته خودروسازان دنیا یکی از این واحدها را انتخاب کردند و بیشتر آن ها بر آن توافق دارند. اما دانشمندان بیشتر از واحد وات استفاده می کنند که کاملا تعریف روشنی دارد.

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 14.5 کیلوات در 7500 دور در دقیقه  است یعنی حداکثر قدرت ایجاد شده در این موتور برابر با 19.44 اسب بخار در 7500rpm  را دارا می باشد. به این معنا که اگر دور موتور شما هر چقدر از 0 به 7500 دور در دقیقه نزدیکتر شود شاهد افزایش قدرت خواهید بود و اگر دور موتور شما بیش از 7500 دور در دقیقه باشد قدرت در موتور ثابت خواهد ماند و افزایش قدرتی نخواهید داشت.

حال اگر در موتوری بیان گردیده باشد گشتاور 17.5 نیوتون بر متر در 6000 دور به این معنا است که حداکثر شتاب حاصل در این موتور برای رسیدن از سرعت 0 به 100 کیلومتر بر ساعت در دور موتور 6000 دور در دقیقه با نیرویی برابر با 17.5 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 20nm در 5000rpm اقدام به حرکت نمایید سرعت شما از 0 تا 100 کیلومتر در ساعت در 5 ثانیه اتفاق خواهد افتاد اما اگر همین تست را بایک موتور با نیروی 20nm در 7500rpm انجام دهید سرعت شما از 0 تا 100 در 8 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.

در مثالی دیگر گشتاوری در موتور RAVAN QM-R200 برابر با 14.5 نیوتن متر/7000RPM حدود 0.7 کمتر از رقیب خود KAVIR STR-200 با قدرت 15.27 نیوتن متر/6012RPM می باشد که این بدین معناست که شتاب موتور STR-200 کویر بیشتر از موتور روان QM-R200 میباشد آنهم با اختلاف 988 دور در دقیقه کمتر، که این عمر در کاهش مصرف سوخت هم تاثیر بسزایی دارد.

اما چون موتور روان در 7000RPMبه حداکثر گشتاوری میرسد شما نیز تا قبل از رسیدن دور موتور تا 7000RPM دارای شتاب میباشید که در اطلاح موتور شما از جا کنده میشود و بعد از 7000 دور دیگر موتور دارای آن شتاب اولیه نبوده و در اصلاح موتور دور میگیرد. اما در موتور کویر شما خیلی سریع تر شتاب را از دست می دهید و موتور در مرحله دور گرفتن قرار میگیرد.

البته این را باید بدانیم که موتور هر خودرویی در یک دور موتور مشخص حداکثر خروجی گشتاور را در اختیار راننده قرار می دهد و این دور موتور که به صورت بازه و یا عددی خاص بوده است را ، بهترین زمان تعویض دنده بوده و بهترین حالت مصرف سوخت خودرو را اکثرا در این دور موتور بدست می آورند .  پس دانستن حداکثر گشتاور این موتور در چه دور موتوری در اختیارمان قرار خواهد گرفت به ما کمک نموده تا بتوانیم ، بهترین زمان تعویض دنده را انتخاب نماییم و به بهترین سیکل مصرف سوخت برسیم.
 
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.

کاربر عزیز

چنانچه این مطلب مورد توجه شما قرار گرفت، لطفا آن را لایک کنید.