குதிரைத்திறன் என்றால் என்ன? என்று பார்ப்போம்.
அக்காலத்தில் (இயந்திரக் காலத்துக்கு முன் ) பொருள் போக்குவரத்து, பயணம் , விவசாயத் வேலைகள் (நீர்இறைத்தல், …) போன்ற அனைத்துத் தேவைகளுக்கும் பயன்பாட்டில் இருந்தது குதிரைதான் . அக்குதிரையின் இடத்தை, புதிதாக இயந்திரங்கள் வந்து சமன் செய்யும்போது , அவற்றின் திறனை, 1 குதிரையின் திறனோடு ஒப்பிட்டால்தான் விளக்கமளிக்க எளிதாக, ஏதுவாக இருக்கும் . இருக்கிறது ..அவ்வளவே !
ஒரு குதிரைத்திறன் என்பது 550 பவுண்டுகள் எடையுள்ள பொருளை ஒரு வினாடியில் 1 அடி ஆழத்தில் இருந்து தூக்குவதற்கு குதிரை பயன்படுத்தும் திறனின் அளவு ஆகும். இதை முதலில் ஜேம்ஸ் வாட் பயன்படுத்தினார். 1 hp என்பது தோராயமாக 746 வாட்ஸ் அல்லது 0.746 கிலோவாட் ஆகும்.
இதற்கு ஒருசில அளவுகளைப் பயன்படுத்தினர்.
ஒரு குதிரைத் திறன் (அடியில்) = 550 பவுண்டு x அடி/வினாடி
1 பவுண்டு = 4.44822 நியூட்டன்
1 அடி = 0.3048 மீ
1 குதிரைத் திறன் = 550 x 4.44822 x 0.3048
இது எல்லாத்தையும் பெருக்கும்போது 745.69 வரும்.
இதை தோராயமாக 746 வாட் என கணக்கிட்டனர்.
இன்னொரு வழியில் ஒரு குறிப்பிட்ட எடையுள்ள பொருளை குறிப்பிட்ட நேரத்தில் குதிரை இழுக்க எவ்வளவு ஆற்றலைப் பயன்படுத்துகிறது என்பதைப் பொருத்தும் கணக்கிட்டனர்.
அதாவது, 14,968.5 எடையுள்ள ஒரு பொருளை ஒரு நிமிடத்தில் ஒரு அடி உயர்த்துவது 1 குதிரைத் திறன் என கணக்கிட்டனர்.
முதல் முதலில் ஆயிரமாண்டுகளுக்கும் மேலாக மனிதனுக்குத் தெரிந்த நீராவியின் ஆற்றலை பயன்படுத்தி, நிலக்கரிச் சுரங்கங்களிலிருந்து நீரை வெளியேற்ற பம்பு ஒன்றை, இங்கிலாந்தைச் சேர்ந்த தாமஸ் ஸேவரி (1650-1715 கிபி) என்ற பொறியியலாளர், வடிவமைத்து அதற்கு காப்புரிமையும் பெற்றார்.
அந்த பம்பை எப்படி சந்தைப் படுத்துவது? இத்தகைய வேலைகளுக்காக அந்நாட்களில் உபயோகத்திலிருந்த குதிரைகளோடு ஒப்பிடுகையில் தான் அமைத்த எந்திரம், குதிரைகளின் பராமரிப்பு செலவைவிட குறைந்த செலவில், குறிப்பிட்ட நேரத்தில் அந்த குதிரைகள் இறைக்கும் நீரைவிட பல மடங்கு நீரை இறைக்கும் என்று விளம்பரப்படுத்தத் துவங்கினார்.
அவர் வெளியிட்ட விளம்பரத்தையே பார்ப்போம்.
"Then I say, such an engine may be made large enough to do the work required in employing eight, ten, fifteen, or twenty horses."
குறிப்பிட்ட நேரத்தில், ஒரு மணி என்று வைத்துக் கொள்வோம், "8, 10, 15 அல்லது 20 குதிரைகள் எவ்வளவு நீரை இறைக்குமோ அவ்வளவு நீரை தான் விற்கும் நீராவி எந்திரம் இறைக்கும் என்று விளம்பரம் செய்தார்.
இதற்க்குப் பிறகு இயற்பியலில் பல்வேறு விதங்களில், மனிதன், குதிரைகள், நீராவி மற்றும் பல விதமான எந்திரங்கள் வெளிப்படுத்தும் ஆற்றலை (power) அளக்க, எல்லோராலும் ஒப்புக்கொள்ளப்படும் அளவை ஒன்றை நிலைநிறுவ வரைமுறைகளை (protocol) ஏற்படுத்த வேண்டிய தேவை எழுந்தது.
கி.பி.1763ல் தாமஸ் ஸேவரியின் பம்புகளை பலவிதங்களில் மேம்படுத்திய "ஜேம்ஸ் வாட்" என்ற பொறியியலாளர் ஒரு நீராவி எந்திரம் எவ்வளவு குதிரைகளின் வேலையை குறிப்பிட்ட நேரத்தில் செய்யும் என்பதை தீர்மானிக்கும் முயற்சியில் ஈடுபட்டார்.
சிறிய, பெரிய என்று அவர் நினைத்த பல குதிரைகளை வைத்து, ஒரு மணி நேரத்தில் எவ்வளவு நீர் வெளியேற்றப் படுகிறது என்பதை அளந்தார். அவர் எவ்வாறு அளந்தார் என்று பார்ப்போம்.
அவர் 100 அடி ஆழமான 100 சதுர அடி பரப்புள்ள சுரங்கம் ஒன்றை தேர்ந் தெடுத்தார் என்று வைத்துக்கொள்வோம். அதில் அவர் "சராசரி" அளவு என்று கருதிய 100 குதிரைகளை நீரை இறைக்கப் பயன் படுத்தினார் என்று வைத்துக் கொள்வோம். அவ்வாறு அந்த 100 அடி ஆழ 100 அடி பரப்புள்ள சுரங்கத்திலிருந்து, 100 குதிரைகள் "அ" மணிநேரத்தில் இறைத்தன என்று வைத்துக் கொள்வோம்.
100 அடி ஆழம் 100 அடி பரப்பு அதாவது 10000 கன அடி தண்ணீரை
100 குதிரைகள் இறைக்க எடுத்த நேரம் = "அ" மணி நேரம்.
ஒரு கன அடி தண்ணீரின் எடையை தராசு வைத்து அளந்து பார்த்ததில் அது 62.4 பௌண்ட் என்று தெரிந்தது.
10000 × 62.4 = 62400 பௌண்ட்
100 குதிரைகள் "அ" மணி நேரத்தில் இறைத்த நீரின் எடை = 62400 பவுண்டு
100 குதிரைகள் ஒரு மணிநேரத்தில் இறைத்த நீர் = 62400 × (அ ÷ 60) பவுண்டு = "ஆ" பவுண்டு என்று வைத்துக் கொள்வோம்.
100 குதிரைகள் 1 நிமிடத்தில் இறைத்த நீர் = "ஆ"÷60 = இ என்று வைத்துக் கொள்வோம்
1 குதிரை 1 நிமிடத்தில் இறைத்த நீர் = "இ"/100 = "ஈ" என்று வைத்துக் கொள்வோம்
ஜேம்ஸ் வாட் பற்பல அளவுகளுள்ள பற்பல சுரங்கங்களில் பல் வேறு அளவுள்ள குதிரைகளை வைத்து மேற்படி "ஈ" வின் சராசரி மதிப்பு 32400 பவுண்டு என்று கண்டறிந்தார்.
மேத்யூ போல்டன் என்ற ஜேம்ஸ் வாட்டின் நிறுவன பங்குதாரர் இதை 33000 பவுண்டு ஆக்கி விட்டார்.
இதன் அடிப்படையில் ஆற்றலின் அளவை "ஃபுட் பௌண்ட்/நொடி" என்று பெயர் சூட்டப்பட்டு கீழ்கண்டவாறு வரையறுக்கப்பட்டது.
"ஒரு நொடி நேரத்தில் ஒரு பௌண்ட் எடையை ஒரு அடி நகர்த்தவல்ல ஆற்றல் ஒரு ஃபுட் பௌண்ட்."
மேற்படி பத்திகளில் விளக்கிய படி ஒரு குதிரை ஒரு நிமிடத்தில் 33000 பவுண்டு எடையை நகர்த்தியது. அதாவது ஒரு நொடியில் 33000÷60=550 பவுண்டு எடையை ஒரு நிமிடத்தில் குதிரையால் நகர்த்த முடியும்.
இந்த கணக்கை வைத்து
1 ஹார்ஸ் பவர் = 550 ஒரு ஃபுட் பௌண்ட்/நொடி, என்று அந்த காலத்தில் நிலவி வந்த "எஃப்.பி.எஸ்" (ஃபுட்- பௌண்ட் -செகண்ட்- அடி-பவுண்டு- நொடி -F.P.S) என்ற இயற்பியல் அளவை முறையில் தீர்மானிக்கப் பட்டது.
பிற்காலத்தில் பல நாடுகள் மெட்ரிக் முறையை அறிவியல் அளவைகளில் பயன் படுத்தத்துவங்கின. அவை F.P.S க்கு பதிலாக M.K.S அதாவது மீட்டர்-கிலோகிராம்-நொடி என்ற அளவை முறையை ஏற்படுத்தின. இந்த முறைப்படி "ஒரு கிலோகிராம் எடையை ஒரு நொடியில் ஒரு மீட்டர் தூரம் நகர்த்தத் தேவைப்படும் ஆற்றல் ஒரு வாட் என்று வரையரறுக்கப்பட்டது.
இந்த எம்.கே.எஸ் முறைப்படி ஒரு வாட் = ஒரு நொடிக்கு 1.3558179483314004 ஃபுட்- பௌண்ட் என்று கணககிட்டார்கள்.
1 ஹார்ஸ் பவர் = நொடிக்கு 550 ஃபுட் பௌண்ட் என்று பார்த்தோம்
இது தோராயமாக 746 வாட் வரும்
சுருக்கமாக எஃ.பி.எஸ் எம்.கே.எஸ் என்ற இரண்டு முறையிலும் "ஹார்ஸ் பவர் " என்பது ஆற்றலின் அளவை அல்ல. குதிரைகளை வைத்து ஜேம்ஸ் வாட் ஏதோ ஒரு குத்துக் கணக்கு போட்டார். அது பிரபலமாகி எல்லோருக்கும் பிடிபட்டுவிட்டது. இயற்பியல் உலகம் எம்.கே.எஸ் முறையைப் பயன் படுத்தினாலும், சாதாரண மனிதன் ஹார்ஸ் பவரை புரிந்து கொள்வதால் அதுவே சந்தையில் பயனுக்கு வந்து விட்டது!
Proof of 1 hp equal to 746 watts
They are both measurements of power, the rate at which work is done,
i.e. work/time = force x distance/time
James Watt calculated the work output of a draught horse to be about 33,000 ft.lbf/min and called it one horsepower. However, one horsepower can mean different amounts of power depending on the applications used. Aaargh!
Hence we now use the metric system which is interchangeable between all the forms of power: mechanical, electrical, chemical etc., and the arithmetic is a lot easier too.
1 Watt = 1 Joule/second = 1 Newton.metre/second = 1 kg.m^2/s^3 = 1 volt.amp, etc.
There are two definitions for the horsepower.
According to the classical definition it is equal to 550 foot pounds per second.This works out to be 746 watts.
The metric horsepower is defined as 75 metre kilograms per second. This works out to be about 735 watts.
Proof of 1 hp equal to 746 watts
HP = Horsepower
HP and Watts are both units of power. Power can be electric or mechanical, and can be converted between the two. Any conversion will be less than 100 % efficient.
It is only for historic reasons that electrical power is measured in Watts not hp, like the way that tyre widths are in mm but rim diameter are in inches.
One pound is 4.44822 Newtons
so 550 foot pounds per seconds, converted to metric, is 550 x 0.3048 x 4.44822 Newton meters per second, which is 745.7 Newton meters per second, better known as Watts.
One foot is 0.3048 metres
1HP = 550 Foot Pound per second
1 Pound = 4.44822 Newtons
1 Foot is 0.3048 Meters.
1 HP = 550 * 4.44822 * 0.3048 meters
1Hp = 745.69 Newton meter per second.
Say 746 watts.
James Watt invented a condensing steam engine which was very much more economical than the few Newcomen steam engines then in use for pumping water out of mines. He knew that mine-owners could easily compare pumping engines with the horse tread-mills then in use for pumping mines. He decided on a value of 550 ft.lb per minute for his horse-power which is a handy amount more than a horse can lift, day after day. (It has been tried, and the horse died after a 10 hour shift!) This meant that mine-owners could not argue the merits of his new device. 550 ft.lb/min is now given as 746 watts per HP using the power unit named for him. His steam engine was an unqualified success, with several hundred exported world-wide. Puimping engines put out 10 to 15 hp on average! This was the beginning of the First Industrial Revolution in 1770 in England.
The electrical energy consumption daily id measured in units. Hence, when we are talking of units, we are talking of energy. However, watt is a measure of power. Also, we know from the elementary formula,
Power=energy/ time
Hence, this gives us “watt-hour” as a measure of energy. Now we can effectively devise a relationship between watthour and unit.
No comments:
Post a Comment