Скільки кінських сил в коня — залежить від того, який відрізок часу беруть за міру. За робочий день здоровий упряжний кінь тримає близько 0,75–1 кінської сили. На піку, кілька секунд максимальної тяги, той самий кінь видає 12–14,9 кінської сили. Одиниця й тварина збігаються лише в довгому середньому режимі, а не в кожну мить.
Кінська сила — це не біологічна стала, а інженерна угода кінця XVIII століття. Шотландський механік Джеймс Ватт порівнював парові машини з кіньми, які крутили млинові колеса й підіймали вантаж із шахт. Він зафіксував темп, який тварина витримує годину за годиною, і округлив його до зручного числа. Короткий ривок у розрахунок не входив: машина мала працювати без перерви, тож і еталон узяли денний.
На результат впливають порода, маса, тренованість і те, чи йдеться про механічну кінську силу (близько 745,7 Вт), чи про метричну (рівно 735,5 Вт). Пік і денна середня розходяться більш ніж на порядок. Саме тому одна цифра без тривалості зусилля відповіді не дає.
Чому послідовність виміру має значення
Потужність — це робота за одиницю часу. Той самий кінь за десять секунд і за вісім годин дає різні середні, бо м’язи не тримають максимум довго. Якщо спочатку взяти ривок, а потім перенести його на день, машина виглядатиме слабшою за коня. Якщо навпаки — кінь виглядатиме слабшим за власний короткий рекорд.
Ватт свідомо вибудував ланцюжок від спостереження до округлення і лише потім до продажу машин. Пізніші заміри пішли тим самим шляхом: спершу фіксували силу й шлях, потім ділили на час зусилля. Пропустити тривалість означає порівняти різні режими так, ніби це одне число.
Як Ватт зафіксував одиницю в 1782–1783 роках
У 1782 році Ватт виміряв «пивоварного» коня на млині. Колесо мало радіус 12 футів (близько 3,7 м). Тварина проходила коло приблизно 2,4 раза за хвилину й тягнула із силою близько 180 фунтів-сили. Добуток сили на шлях за хвилину вийшов близьким до 32 572 футо-фунтів. Наступного року, 1783-го, Ватт разом із партнером Метью Болтоном зафіксували кругле значення: 33 000 футо-фунтів за хвилину (за даними «Engineering in History»). Ця угода й стала механічною кінською силою.
Етап виміру тривав не день ярмарку, а серію спостережень за робочим темпом. Потрібні були справний упряжний кінь, відомий радіус колеса й оцінка сили тяги. Жорсткого дедлайну не було: одиницю затвердили тоді, коли число стало зручним для контрактів на парові машини. До Ватта інші інженери давали інші оцінки — від приблизно 23 000 до 44 000 футо-фунтів за хвилину. Саме 33 000 увійшло в ужиток, бо на ньому зійшлися розрахунок і торгівля.
З чого складається число 33 000
Ключове число статті рахується прямо з геометрії кола. Шлях за один оберт — 2π × 12 футів, тобто близько 75,4 фута. За 2,4 оберти на хвилину виходить приблизно 181 фут шляху. Множення на 180 фунтів-сили дає близько 32 600 футо-фунтів за хвилину. Округлення до 33 000 додає менше ніж 1,5 %. У ватах це 33 000 × 1,356 джоуля на футо-фунт, поділені на 60 секунд: виходить 745,7 Вт. Змінюють результат радіус колеса, число обертів і прийнята сила тяги. Якби Ватт лишив необокруглене значення, одиниця майже не зрушила б, але ділити денну роботу машин стало б незручно.
Скільки тривав пік на ярмарку 1925 року
Наступний перевірений етап — змагання з тяги на ярмарку штату Айова у 1925 році. Коні тягнули вантаж на коротку дистанцію. Пікова механічна потужність склала 12–14,9 кінської сили. Зусилля тривало лічені секунди, не хвилини. У 1993 році біологи Р. Д. Стівенсон і Р. Дж. Вассерсуг розібрали ці дані в листі до Nature і назвали їх реалістичною оцінкою піку, а не денної норми.
Теоретична стеля з м’язів вища. Для коня масою 600 кг, якщо скелетні м’язи становлять близько 45 % маси, а в роботу одночасно йде близько 30 % цієї маси, при 100 Вт на кілограм м’яза виходить близько 18 000 Вт, тобто приблизно 24 кінські сили (за оцінкою Стівенсона й Вассерсега). Автори самі вважали цю оцінку завищеною: реальний ярмарковий пік лишився в межах 14,9. Потрібні були здоровий ваговоз, тверде покриття й динамометричний віз. «Дедлайн» тут біологічний: після кількох секунд потужність падає, навіть якщо змагання ще триває.
Поширена помилка виглядає як рівність «один кінь = одна кінська сила» в будь-який момент. У рекламі двигуна на 150 кінських сил це читається як заміна ста п’ятдесяти коней. Закінчується плутаниною: у короткій тязі десяток коней на піку вже перекриває такий двигун, а за восьмигодинний день той самий двигун перекриває понад сотню коней у робочому темпі. Правильно називати режим. Пік — секунди й 12–14,9 кінської сили. День — близько однієї.
Скільки кінь тримає годину і цілий день
Денний етап довший за ярмарковий ривок на кілька порядків. За Britannica визначення Ватта приблизно на 50 % вище за темп, який середній кінь витримує протягом робочого дня. Звідси денна середня ближча до 0,7 кінської сили, ніж до рівно одиниці. Оцінки для тривалої роботи сходяться в вузькому коридорі: близько 1 кінської сили протягом приблизно трьох годин і близько 0,75 кінської сили, якщо зміна розтягнута на вісім годин із урахуванням втоми.
На цьому етапі потрібні не рекордсмен і не динамометр, а рівний вантаж, паузи й поїння. Історичний робочий день у млині чи на оранці тривав години, не секунди. Якщо прибрати відпочинок, середня за зміну падає швидше, ніж лінійно: кінь знижує темп сам. Саме цей довгий режим Ватт і заклав в одиницю. Короткий галоп чистокровного чи максимальна тяга ваговоза сюди не входять.
Де пік і робочий режим накладаються
Етапи не стоять окремими полицями. Перші секунди будь-якої тяги — це пік. Далі, упродовж десятків секунд і перших хвилин, потужність уже нижча за 14,9 кінської сили, але ще вища за денну одиницю. Цей перехід легко затягнути в замірі, якщо секундомір увімкнули не на старті ривка, а «десь посеред зусилля». Тоді в протокол потрапляє суміш піку й спаду, і кінь отримує випадкове число між 2 і 10.
Затягується й денний етап. Спека, м’який ґрунт, надмірна вага збруї чи відсутність пауз зсувають середню нижче 0,75 кінської сили ще до кінця зміни. Порода зміщує межу, але не скасовує її. Чистокровний на галопі дає високий короткий пік за рахунок швидкості. Ваговоз дає силу на малій швидкості. Добуток сили на швидкість у обох випадках обмежений тим, скільки м’яз витримує в часі.
На що звернути увагу, щоб не збити одиниці
Графік порівняння тримається, якщо спершу названо тип кінської сили, потім тривалість, і лише потім число. Механічна кінська сила — 745,7 Вт, у США її часто позначають hp. Метрична, якою користуються в європейських документах на техніку, — 735,5 Вт, або 75 кілограм-сил на метр за секунду. Різниця близько 1,4 %. На двигуні в 100 кінських сил це вже понад одна кінська сила розбіжності між підписами, якщо змішати hp і метричні к. с.
Друга пастка — перенести пік 1925 року на сучасний автомобільний шильдик. 14,9 механічної кінської сили — це приблизно 11 кВт протягом кількох секунд. Денні 0,75 кінської сили — близько 560 Вт протягом зміни. Обидва числа описують коня. Жодне не замінює друге.
Практичний розрахунок виглядає так. Двигун на 100 метричних кінських сил віддає 73,5 кВт, доки є паливо. Денний темп коня — 0,75 кінської сили, тобто близько 0,55 кВт. Щоб перекрити безперервну віддачу такого двигуна протягом восьмигодинної зміни, потрібно близько 130 коней у робочому режимі, без урахування зміни тварин і простою. Той самий двигун у перерахунку на ярмарковий пік — це лише сім коней на кілька секунд. Обидва перерахунки правильні лише всередині свого інтервалу часу.
У технічному паспорті України й ЄС поруч із кінськими силами майже завжди стоїть кіловат. Саме кіловат не залежить від того, чи округляли в 1783 році футо-фунти. Якщо в оголошенні вказано лише «к. с.» без примітки hp чи PS, розбіжність лишається в межах півтора відсотка — меншою за різницю між піком коня і його денною середньою.
Факт для розмови: Ватт не виміряв рекорд коня, а округлив робочий темп із приблизно 32 600 до 33 000 футо-фунтів за хвилину — і ця денна одиниця досі менша за те, що кінь видає за кілька секунд тяги на ярмарку 1925 року.
