Idag har det blivit allmänt känt att termen ”hästkrafter” syftar på kraften hos en motor. Vi har kommit att anta att en bil med 400 hästkrafter motor kommer att gå snabbare än en bil med en 130-hästars motor. Men med all respekt för den ädla hästen så är vissa djur starkare. Varför skryter vi till exempel inte om vår motors ”oxenpower” eller ”bullpower” idag ?
James Watt förbättrar ångmotorn
Den skotske ingenjören James Watt visste att han hade en bra sak för sig i slutet av 1760-talet när han kom med en kraftigt förbättrad version av den första kommersiellt tillgängliga ångmaskinen Thomas Newcomen hade konstruerat 1712. Genom att lägga till En separat kondensor, Watts design eliminerade de konstanta kolsvinnande cyklerna av kylning och återuppvärmning som krävs av Newcomens ångmaskin.
Förutom att vara en skicklig uppfinnare var Watt också en hängiven realist. Han visste att för att lyckas med sin uppfinningsrikedom måste han faktiskt sälja sin nya ångmaskin – till massor av människor.
Så, Watt gick tillbaka till jobbet, denna gång för att ”uppfinna” ett enkelt sätt att förklara kraften i sin förbättrade ångmaskin på ett sätt som hans potentiella kunder lätt kan förstå.
Förklarar hur motorer ersatte hästar
Eftersom Watt visste att de flesta som ägde Newcomens ångmaskiner använde dem för uppgifter som involverade att dra, skjuta eller lyfta tunga föremål, påminde Watt om ett avsnitt från en tidig bok där författaren hade beräknat den potentiella energiproduktionen från mekaniska ”motorer” som skulle kunna användas för att ersätta hästar för sådana jobb.
I sin bok The Miner’s Friend från 1702 har den engelske uppfinnaren och ingenjören Thomas Savery skrivit: ”Så att en motor som kommer att höja så mycket vatten som två hästar, som arbetar tillsammans samtidigt i ett sådant arbete, kan göra, och för vilka det ständigt måste hållas tio eller tolv hästar för att göra detsamma. Sedan säger jag, en sådan motor kan göras tillräckligt stor för att utföra det arbete som krävs för att sysselsätta åtta, tio, femton eller tjugo hästar som ständigt underhålls och hålls för att utföra ett sådant arbete…”
Myntar termen ”10 hästkrafter”
Efter att ha gjort några mycket grova beräkningar bestämde sig Watt för att hävda att bara en av hans förbättrade ångmaskiner kunde producera tillräckligt med kraft för att ersätta 10 vagndragande hästar – eller 10 ”hästkrafter”.
Voila! När Watts ångmotorverksamhet skjutit i höjden, började hans konkurrenter annonsera om kraften hos sina motorer i ”hästkrafter”, vilket gjorde termen till ett standardmått på motoreffekt som fortfarande används idag.
När Watt försökte beräkna kraften hos en enskild häst, började Watt med att titta på hur hästar arbetade. Hästarna var fästa vid ekrarna som var fästa vid brukets centrala maskindrivaxel och vände axeln genom att gå i en cirkel med en diameter på 24 fot, ungefär 144 gånger på en timme. Watt uppskattade att varje häst tryckte med en kraft på 180 pund.
Detta fick Watt att beräkna att en hästkraft motsvarade att en häst gjorde 33 000 foot-pounds arbete i en minut. För att nå denna slutsats, föreställde Watt en enda häst som höjer en 33-kilos hink med vatten från botten av en 1000 fot djup brunn på 60 sekunder. Den mängden arbete, avslutade Watt, motsvarade en hästkraft.
År 1804 hade Watts ångmaskin ersatt Newcomen-motorn, vilket direkt ledde till uppfinningen av den första ångan -drivet lok.
Åh, och ja, termen ”watt”, som en standardmåttenhet för elektriska och mekanisk kraft som visas i nästan varje glödlampa som säljs idag, namngavs för att hedra samma James Watt 1882.
Ironiskt nog är dock en ”watt” inte lika med en hästkraft. Istället är 1000 watt (1,0 kilowatt) lika med 1,3 hästkrafter, och en 60-watts glödlampa förbrukar 0,08 hästkrafter, eller 1,0 hästkrafter lika med 746 watt.
Watt missade the True ’Horsepower’
I betygsättningen av hans ångmaskiner på ” 10 hästkrafter”, hade Watt gjort ett litet fel. Han hade baserat sin matematik på kraften hos Shetland eller ”pit” ponnyer som, på grund av sin ringa storlek, vanligtvis användes för att dra vagnar genom schakten i kolgruvor.
En välkänd beräkning på den tiden, en pitponny kunde dra en vagn fylld med 220 lb kol 100 fot uppför ett gruvschakt på 1 minut, eller 22 000 lb-ft per minut. Watt antog då felaktigt att vanliga hästar måste vara minst 50 % starkare än pitponnyer, vilket gör en hästkraft lika med 33 000 lb-ft per minut. Faktum är att en vanlig häst är bara något mer kraftfull än en pitponny eller lika med cirka 0,7 hästkrafter som mäts idag.
Första amerikanskbyggda ångloket
I tidiga dagar av amerikansk järnväg, ansågs ånglok, som de baserade på Watts ångmaskin, för farliga, svaga och opålitliga för att kunna lita på att transportera mänskliga passagerare. Slutligen, 1827, beviljades Baltimore and Ohio Railroad Company, B&O, den första amerikanska chartern för att transportera både gods och passagerare med ångdrivna lokomotiv.
Trots att B&O hade chartern kämpade B&O för att hitta en ångmaskin kan färdas över branta kullar och ojämn terräng, vilket tvingar företaget att huvudsakligen förlita sig på hästdragna tåg.
Till undsättning kom industrimannen Peter Cooper som erbjöd sig att designa och bygga, utan kostnad för B&O, ett ånglok som han hävdade skulle göra hästdragna järnvägsvagnar föråldrade. Coopers skapelse, den berömda ”Tom Thumb” blev det första amerikanskbyggda ångloket som kördes på en kommersiellt driven, allmän järnväg.
Som designad av Cooper , Tom Thumb var ett fyrhjuligt (0-4-0) lokomotiv med en vertikal, koleldad vattenpanna och vertikalt monterade cylindrar som drev hjulen på en av axlarna. Lokomotivet vägde cirka 810 pund och kännetecknades av en mängd improvisationer, inklusive pannrör gjorda av gevärspipor.
Självklart , det fanns ett motiv bakom Coopers skenbara generositet. Han råkade bara äga tunnland på tunnland mark som ligger längs B&O:s föreslagna rutter, vars värde skulle växa exponentiellt om järnvägen, som drivs av hans Tom Thumb-ånglok, skulle lyckas.
Häst vs. ång Race
Den 28 augusti 1830 genomgick Coopers Tom Thumb prestationstestning på B&O-banorna utanför Baltimore, Maryland, när en hästdraget tåg stannade bredvid på de intilliggande spåren. Föraren av det hästdragna tåget kastade en respektlös blick på den ångdrivna maskinen och utmanade Tom Thumb till ett lopp. När Cooper såg vinnandet av ett sådant evenemang som en fantastisk och gratis reklamshow för sin motor, accepterade han ivrigt och loppet var igång.
Tom Thumb ångade snabbt till en stor och växande ledning, men när en av dess drivremmar gick sönder, vilket fick ångloket att stanna, vann det gamla pålitliga hästdragna tåget loppet.
B&O adopterar ånglokamotiv
Medan han hade förlorat striden vann Cooper kriget. Chefer för B&O hade blivit så imponerade av hans motors hastighet och kraft att de bestämde sig för att börja använda hans ånglok på alla sina tåg.
Medan den transporterade passagerare till åtminstone mars 1831, sattes Tom Thumb aldrig i reguljär kommersiell trafik och räddades för delar 1834.
The B&O växte till att bli en av de största och mest ekonomiskt framgångsrika järnvägar i USA. Peter Cooper hade stor vinst på försäljningen av sina ångmaskiner och mark till järnvägen och hade en lång karriär som investerare och filantrop. 1859 användes pengar donerade av Cooper för att öppna Cooper Union for the Advancement of Science and Art i New York City.
