Początki terminu „Moc Konia”

Wyścig między lokomotywą Petera Coopera „Tom Thumb” a wagonem konnym, 1829. Print Collector / Getty Images

Dziś powszechnie wiadomo, że termin „konie mechaniczne” odnosi się do mocy silnika. Przyjęliśmy założenie, że samochód z 400-konnym silnikiem będzie jechał szybciej niż samochód z 130-konnym silnikiem. Ale z całym szacunkiem dla szlachetnego wierzchowca, niektóre zwierzęta są silniejsze. Dlaczego, na przykład, nie chwalimy się dzisiaj mocą wołu lub byka naszego silnika?

James Watt ulepsza silnik parowy

Szkocki inżynier James Watt wiedział, że ma dla niego coś dobrego pod koniec lat 60. XVIII wieku, kiedy wymyślił znacznie ulepszoną wersję pierwszego dostępnego na rynku silnika parowego Thomas Newcomen został zaprojektowany w 1712 roku. Dodając oddzielny skraplacz, projekt Watta wyeliminował ciągłe cykle niszczenia węgla związane z chłodzeniem i ponownym ogrzewaniem wymagane przez silnik parowy Newcomena.

Watt był nie tylko znakomitym wynalazcą, ale także oddanym realistą. Wiedział, że aby prosperować dzięki swojej pomysłowości, musiał sprzedać swój nowy silnik parowy — wielu ludziom.

Tak więc Watt wrócił do pracy, tym razem, aby wymyślić prosty sposób wyjaśnienia mocy swojego ulepszonego silnika parowego w sposób, który z łatwością zrozumieją jego potencjalni klienci.

Wyjaśnienie, w jaki sposób silniki zastąpiły konie

Wiedząc, że większość ludzi, którzy posiadali silniki parowe Newcomena, używa ich do zadań związanych z ciągnięciem, pchaniem lub podnoszeniem ciężkich przedmiotów, Watt przypomniał sobie fragment z wczesnej książki, w którym autor obliczył potencjalną moc wyjściową silników mechanicznych, które można wykorzystać do wymiany konie do takich prac.

W swojej książce z 1702 r. Przyjaciel górnika, angielski wynalazca i inżynier Tomasz Savery pisał: Aby mogła to zrobić machina, która podniesie tyle wody, ile dwa konie, pracując jednocześnie w takiej pracy, i dla której musi być stale trzymanych dziesięć lub dwanaście koni do tego samego. Potem mówię, że taka lokomotywa może być wystarczająco duża, aby wykonać pracę wymaganą przy zatrudnieniu ośmiu, dziesięciu, piętnastu lub dwudziestu koni, które byłyby stale utrzymywane i utrzymywane do wykonywania takiej pracy…

Ukucie terminu „10 koni mechanicznych”

Po wykonaniu kilku bardzo przybliżonych obliczeń, Watt zdecydował się stwierdzić, że tylko jeden z jego ulepszonych silników parowych może wytworzyć wystarczającą moc, aby zastąpić 10 koni ciągnących wózki – lub 10 koni mechanicznych.

Voila! Gdy firma Watta rozwijała się w zakresie silników parowych, jego konkurenci zaczęli reklamować moc swoich silników w koniach mechanicznych, czyniąc ten termin standardową miarą mocy silnika, której używa się do dziś.

Próbując obliczyć moc pojedynczego konia, Watt zaczął od obserwowania pracy koni młyńskich. Przywiązane do szprych przymocowanych do centralnego wału napędowego maszyny młyna, konie obracały wał, chodząc po okręgu o średnicy 24 stóp, około 144 razy na godzinę. Watt oszacował, że każdy koń pchał z siłą 180 funtów.

To doprowadziło Watta do obliczenia, że ​​jedna moc odpowiada jednemu koniowi wykonującemu 33 000 stóp-funtów pracy w ciągu jednej minuty. Aby dojść do tego wniosku, Watt wyobraził sobie, jak pojedynczy koń podnosi 33-funtowe wiadro wody z dna studni o głębokości 1000 stóp w ciągu 60 sekund. Ta ilość pracy, stwierdził Watt, równała się jednemu koniowi mechanicznemu.

W 1804 roku silnik parowy Watta zastąpił silnik Newcomena, co doprowadziło bezpośrednio do wynalezienia pierwszej lokomotywy parowej.

Aha, i tak, termin wat, jako standardowa jednostka miary mocy elektrycznej i mechanicznej, która pojawia się prawie w każdej sprzedawanej obecnie żarówce, został nazwany na cześć tego samego Jamesa Watta w 1882 roku.

Jak na ironię jednak jeden wat nie równa się jednej mocy. Zamiast tego 1000 watów (1,0 kilowat) to 1,3 koni mechanicznych, a 60-watowa żarówka zużywa 0,08 koni mechanicznych, a 1,0 koni mechanicznych to 746 watów.

Watt przegapił prawdziwą „moc koni”

Oceniając swoje silniki parowe na 10 koni mechanicznych, Watt popełnił niewielki błąd. Oparł swoją matematykę na potędze kucyków szetlandzkich, które ze względu na swoje niewielkie rozmiary były zwykle używane do ciągnięcia wozów przez szyby kopalni węgla.

Dobrze znane wówczas obliczenie, że jeden kucyk może wciągnąć jeden wózek wypełniony 220 funtami węgla 100 stóp w górę szybu w ciągu 1 minuty, czyli 22 000 funtów na minutę. Watt następnie błędnie założył, że zwykłe konie muszą być co najmniej o 50% silniejsze niż kuce pit, co daje jedną moc równą 33.000 lb-ft na minutę. W rzeczywistości, standardowy koń jest tylko nieznacznie silniejszy niż kucyk pit lub równa około 0,7 koni mechanicznych mierzonych dzisiaj.

Pierwsza amerykańska lokomotywa parowa

We wczesnych latach amerykańskiej kolei parowozy, takie jak te oparte na silniku parowym Watta, były uważane za zbyt niebezpieczne, słabe i zawodne, aby można było ufać w przewożenie ludzkich pasażerów. Wreszcie, w 1827 roku, firma Baltimore and Ohio Railroad, B&O , otrzymał pierwszy amerykański czarter do przewozu zarówno towarów, jak i pasażerów za pomocą lokomotyw parowych.

Pomimo posiadania czarteru, B&O walczyło o znalezienie silnika parowego zdolnego do poruszania się po stromych wzgórzach i trudnym terenie, zmuszając firmę do polegania głównie na pociągach konnych.

Na ratunek przyszedł przemysłowiec Peter Cooper, który zaproponował, że zaprojektuje i zbuduje bez opłat dla B&O lokomotywę parową, która, jak twierdził, sprawi, że wagony konne staną się przestarzałe. Twórczość Coopera, słynny Tomcio Paluch stał się pierwszą amerykańską lokomotywą parową poruszającą się po komercyjnej, publicznej linii kolejowej.

Replika wczesnego silnika parowego Baltimore & Ohio, Tom Thumb obok nowoczesnej lokomotywy spalinowej. Wikimedia Commons / Domena publiczna

Zaprojektowany przez Coopera Tom Thumb był czterokołową lokomotywą (0-4-0) z pionowym kotłem wodnym opalanym węglem i pionowo zamontowanymi cylindrami, które napędzały koła na jednej z osi. Ważąca około 810 funtów lokomotywa charakteryzowała się mnóstwem improwizacji, w tym rurami kotłowymi wykonanymi z luf karabinowych.

Oczywiście za pozorną hojnością Coopera był motyw. Po prostu zdarzyło mu się posiadać akr za akr ziemi położonej wzdłuż proponowanych przez B&O tras, których wartość wzrosłaby wykładniczo, gdyby linia kolejowa napędzana jego lokomotywami parowymi Tom Thumb odniosła sukces.

Wyścig konny kontra Steam

28 sierpnia 1830 r. Tom Thumb Coopera przechodził testy wydajności na torach B&O poza Baltimore w stanie Maryland, kiedy na sąsiednich torach zatrzymał się pociąg konny. Rzucając maszynie parowej lekceważące spojrzenie, kierowca pociągu konnego wyzwał Toma Kciuka na wyścig. Widząc, że wygrana w takim wydarzeniu jest świetną i darmową wizytówką reklamową swojego silnika, Cooper chętnie się zgodził i wyścig się rozpoczął.

Tom Thumb szybko osiągnął dużą i rosnącą przewagę, ale kiedy jeden z jego pasów napędowych pękł, powodując zatrzymanie lokomotywy parowej, stary niezawodny pociąg konny wygrał wyścig.

B&O wprowadza lokomotywy parowe

Chociaż przegrał bitwę, Cooper wygrał wojnę. Kierownicy B&O byli pod takim wrażeniem szybkości i mocy jego silnika, że ​​postanowili zacząć używać jego parowozów we wszystkich swoich pociągach.

Chociaż przewoził pasażerów co najmniej do marca 1831 roku, Tom Thumb nigdy nie został wprowadzony do regularnej służby handlowej i został uratowany na części w 1834 roku.

B&O stała się jedną z największych i odnoszących największe sukcesy finansowe linii kolejowych w Stanach Zjednoczonych. Peter Cooper, sowicie czerpiąc zyski ze sprzedaży swoich silników parowych i ziemi na kolei, cieszył się długą karierą jako inwestor i filantrop. W 1859 roku pieniądze przekazane przez Coopera posłużyły do ​​otwarcia Cooper Union for the Advancement of Science and Art w Nowym Jorku .