الفرق بين القدرة الحصانية وعزم الدوران (وأهميته)

إذا كنتَ قد تابعتَ أي محتوى عن السيارات، فلا بد أنك سمعتَ بهذين المصطلحين: القدرة الحصانية وعزم الدوران. من خلال الملاحظة والسياق، ربما تعرف أنهما مقياسان لقوة المحرك، وبالتالي، لسرعة السيارة.

لكن ما معنى كل كلمة علميًا؟ ما الفرق بينهما؟ كثيرون يتساءلون، ولدينا الإجابة. فلنفتح كتبنا ولنستعد لدورة تتحدث عن أساسيات المحركات.

ما هو عزم الدوران؟

ببساطة، عزم الدوران هو مقياس قوة الدوران أو الالتواء، وفي سياق السيارات والمحركات، فإن الالتواء الذي نقيسه هو التواء عمود المرفق في المحرك. رياضياً، عزم الدوران هو حاصل ضرب القوة في المسافة.

لتوضيح ذلك، تخيل نفسك وأنت تدير مفتاح عزم الدوران: القوة تُطبق بيديك، والمسافة في هذه الحالة هي طول المفتاح. كلما زاد طول المفتاح، زادت قوة العزم، مما يضاعف مقدار قوة الالتواء (أو عزم الدوران) الناتجة عن نفس القوة التي تبذلها. كلما زاد عزم الدوران، سهُل فك البرغي العالق. كلما زاد عزم الدوران، سهُل تحريك سيارتك عند إشارة المرور.

العزم = القوة × المسافة

في سياق المحرك، تشير "القوة" في المعادلة إلى عملية الاحتراق التي تحرك المكابس لأعلى ولأسفل (أو من جانب إلى آخر)، بينما "المسافة" هي طول الجزء الواصل بين أذرع التوصيل وعمود المرفق (ويُشار إليها أيضًا بـ"شوط" المحرك). عند زيادة سعة المحرك، تُصنع المكابس بحجم أكبر، وبالتالي تزداد القوة في المعادلة، مما ينتج عنه عزم دوران أكبر. كما أن الشواحن التوربينية والشواحن الفائقة، التي تدفع المزيد من الهواء إلى غرفة الاحتراق، تزيد القوة، وبالتالي تزيد العزم.

في النظام الإمبراطوري (أي الأمريكي)، ستلاحظ أن عزم دوران السيارات يُقاس بوحدة تُسمى "باوند-قدم" - وهو مصطلح لا أزال أجد صعوبة في قراءته مطبوعًا دون أن أتخيل شخصًا يوجه لكمة قوية لقدمين بشريتين. ولكن بدلًا من أن يكون له علاقة بكدمات أصابع القدم، فإن باوند-قدم يقيس حرفيًا العزم الناتج عن ضرب قوة مقدارها X باوند في مسافة مقدارها Y قدم.

على سبيل المثال، إذا كانت السيارة تُنتج عزم دوران مقداره 300 رطل-قدم، فهذا يعني أن قوة الدوران التي تُنتجها تُعادل قوة 300 رطل مُطبقة على مفتاح ربط طوله قدم واحدة. أو 30 رطلًا على مفتاح ربط طوله 10 أقدام. أو 150 رطلًا على مفتاح ربط طوله قدمان. أو ببساطة رطل واحد على مفتاح ربط ضخم طوله 300 قدم. أو - في الواقع، الفكرة واضحة.

bmw-b58-inline-six-engine

الصورة بواسطة: Motorsport.com

ما هي القدرة الحصانية؟

إذا كنت ستقرأ جملة واحدة فقط من هذا الشرح، فلتكن هذه الجملة: يقيس عزم الدوران مدى قوة دوران عمود المرفق في المحرك، بينما تقيس القدرة الحصانية مقدار الشغل الذي يُنجزه هذا العزم مع مراعاة سرعة دوران المحرك.

رياضيًا، القدرة الحصانية هي حاصل ضرب عزم الدوران في عدد الدورات في الدقيقة (rpm)، والسبب في أننا نهتم بحساب القدرة الحصانية هو أن مقدار عزم الدوران الذي يُنتجه المحرك يتغير تبعًا لسرعة دورانه. بينما يُعدّ عزم الدوران مقياسًا للقوة في المقام الأول، فإنّ القدرة الحصانية تُجسّد القوة وسرعة المحرك في رقم واحد.

تُعدّ سرعة المحرك مهمة لأنّه من شبه المؤكد أن يُنتج عزم دوران أقل (وبالتالي قدرة حصانية أقل) عند التباطؤ مقارنةً بما يُنتجه، على سبيل المثال، عند الاقتراب من الحد الأقصى لدوران المحرك. وتجدر الإشارة إلى أنّ أرقام عزم الدوران والقدرة الحصانية الكبيرة التي تُذكرها شركات تصنيع السيارات، ومواصفاتها، ومراجعاتها، تُمثّل ذروة عزم الدوران والقدرة الحصانية للمحرك - فالسيارة لا تُنتج هذه القيمة كاملةً طوال الوقت.

وبشكل أدق، تُساوي القدرة الحصانية دائمًا (عزم الدوران × عدد دورات المحرك في الدقيقة) / 5252. ولمن يُحبّون الرياضيات، هذا هو السبب في أنّ مخططات الدينامومتر تُظهر دائمًا تقاطع خطي القدرة الحصانية وعزم الدوران عند 5252 دورة في الدقيقة، طالما أنّ عزم الدوران يُقاس بالباوند-قدم، والقدرة الحصانية تُقاس بالقدرة الحصانية الميكانيكية. ابحث عن هذه القاعدة في زيارتك القادمة لجهاز قياس القدرة. إنها قاعدة مفيدة.

القدرة الحصانية = (العزم × عدد دورات المحرك في الدقيقة) / 5252

على عكس العزم، تُعدّ القدرة الحصانية وحدة قياس مستقلة، وخلافًا لما يوحي به الاسم، فإنّ حصانًا واحدًا لا يُعادل فعليًا قدرة حصان بالغ واحد، على الأقل ليس بالطريقة التي تتخيلها. أمرٌ مُحبط، أعلم.

في أواخر القرن الثامن عشر، احتاج المهندس الاسكتلندي جيمس وات إلى طريقة لشرح قوة محركات البخار التي كان يبيعها بطريقة مفهومة للأشخاص الذين يعرفون الخيول. تقول الروايات إنه لاحظ المهور وهي تنقل الفحم في رافعات المناجم، وقدّر (بشكل تقريبي جدًا) أن حصانًا بالغًا واحدًا قادر على رفع 33 رطلًا بثبات واستدامة.

ألف رطل من الفحم في قدم واحدة في الدقيقة - هذا هو تعريف الحصان الواحد.

باستخدام هذا التعريف مع معادلة محيط دورة كاملة، نحصل على معادلة "5252" المذكورة أعلاه. وللتأكيد، جيمس وات هو نفسه الشخص الذي سُميت وحدة قياس القدرة الأخرى، الواط، باسمه.

شرح مبسط: ما معنى كل هذا؟

عمليًا، عزم دوران السيارة هو ما يدفعك للخلف في مقعدك من وضع السكون أو عند دورات منخفضة، لأن القدرة الحصانية من غير المرجح أن تكون في ذروتها عند هذه الدورات، وفقًا للتعريف الرياضي للقدرة الحصانية. ولكن بمجرد ارتفاع عدد الدورات، يُولّد عزم الدوران القدرة الحصانية، وهي ما تُبقيك متسارعًا على سرعات الطرق السريعة وما فوقها.

هذه طريقة مبسطة للتفكير في الأمر، ولكن مع ثبات نسب التروس والديناميكا الهوائية والوزن، يُمكن اعتبار القدرة الحصانية مقياسًا أفضل لسرعة السيارة القصوى، بينما يُعد عزم الدوران أكثر أهمية في التسارع من 0 إلى 100 كم/ساعة.

تستخدم السيارات الكهربائية محركات قادرة على الوصول إلى ذروة عزم الدوران في لحظة، لكنها غالبًا ما تتراجع عند السرعات العالية بسبب محدودية البطارية. تتميز الشاحنات ذات المحركات الكبيرة والسيارات الرياضية المزودة بشاحن توربيني بعزم دوران هائل، ويعود ذلك في الغالب إلى أن قوة المحرك أكبر بكثير. في المقابل، غالبًا ما تفتقر سيارات الأداء ذات المحركات العادية إلى عزم الدوران عند السرعات المنخفضة، وتحتاج إلى رفع عدد دورات المحرك إلى أقصى حد للوصول إلى ذروة القدرة الحصانية.

عزم الدوران = القوة × المسافة

القدرة الحصانية = (عزم الدوران × عدد دورات المحرك في الدقيقة) / 5252

بالطبع، يُمكن لشركات صناعة السيارات التحكم في استجابة السيارة من خلال نسب التروس. تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه نظرًا لأن الأنظمة المحركة ليست آلات مثالية الكفاءة، فإن القدرة الحصانية وعزم الدوران الناتجين عن عمود المرفق لن يكونا متطابقين مع الكمية التي تصل فعليًا إلى الطريق. يُشار إلى الأولى بالقدرة الحصانية أو "عزم الدوران عند عمود المرفق"، أو القدرة الحصانية للفرامل (bhp)، بينما يُشار إلى الثانية بعزم دوران العجلات أو القدرة الحصانية للعجلات.

لأولئك الذين يتصفحون النص مباشرةً إلى أسفل للحصول على ملخص موجز، إليكم ما تحتاجون معرفته: نظريًا، يقيس عزم الدوران دوران المحرك، بينما تقيس القدرة الحصانية مقدار العمل الذي يمكن أن يقوم به هذا الدوران عند سرعة معينة للمحرك. عمليًا، يُساعد عزم الدوران على الانطلاق، بينما تُحافظ القدرة الحصانية على استمرار السحب مع ازدياد السرعة.

ما الفرق بين القدرة الحصانية وعزم الدوران؟

يقيس عزم الدوران القوة الدورانية التي ينتجها المحرك، ويُقاس عادةً بالرطل-قدم أو نيوتن-متر، وهو يُشبه مدى قدرة المحرك على تدوير عمود. أما القدرة الحصانية فتقيس سرعة إنجاز العمل؛ وتعتمد على عزم الدوران وسرعة دوران المحرك (عدد دورات المحرك في الدقيقة). باختصار، يتعلق عزم الدوران بالقوة الفورية، بينما تتعلق القدرة الحصانية بالقدرة على الحفاظ على العمل لفترة أطول.

أيّهما أهم، القدرة الحصانية أم عزم الدوران؟

تعتمد الأهمية على الغرض من استخدام المركبة. يُعد عزم الدوران أكثر أهمية للقطر، والقيادة على الطرق الوعرة، أو تحريك الأحمال الثقيلة بسرعات منخفضة لأنه يوفر قوة سحب فورية، بينما تُعد القدرة الحصانية أكثر أهمية للسرعة القصوى والتسارع عند عدد دورات أعلى في الدقيقة، كما هو الحال في السيارات الرياضية حيث تُعد القوة المستمرة أساسية.

ما العلاقة بين القدرة الحصانية وعزم الدوران؟

ترتبط القدرة الحصانية وعزم الدوران رياضيًا بالمعادلة التالية: القدرة الحصانية = (عزم الدوران × عدد دورات المحرك في الدقيقة) ÷ 5252. هذا يعني أن عزم الدوران عند عدد دورات منخفض في الدقيقة يُسهم بشكل أقل في القدرة الحصانية، بينما يُترجم عزم الدوران عند عدد دورات مرتفع في الدقيقة مباشرةً إلى قدرة حصانية أعلى، مما يُفسر قدرة المحركات ذات عزم الدوران المتوسط ​​على تحقيق سرعات قصوى مُذهلة إذا ما استطاعت الوصول إلى عدد دورات مرتفع.

هل يُمكن أن تتمتع سيارة بعزم دوران عالٍ ولكن بقدرة حصانية منخفضة؟

نعم، يُمكن ذلك. تُعد محركات الديزل مثالًا كلاسيكيًا: فهي غالبًا ما تُنتج عزم دوران عالٍ جدًا عند عدد دورات منخفض في الدقيقة، مما يُوفر قوة سحب ممتازة للنقل أو القيادة على الطرق الوعرة، ولكن قدرتها الحصانية أقل لأن المحرك لا يصل إلى عدد دورات مرتفع. هذا التصميم يجعلها قوية للأعمال الشاقة ولكنها أقل ملاءمة للأداء عالي السرعة.

لماذا تُركز السيارات الرياضية على القدرة الحصانية بينما تُركز الشاحنات على عزم الدوران؟

تُركز السيارات الرياضية على القدرة الحصانية العالية لأنها تحتاج إلى قوة مُستدامة للتسارع والقيادة بسرعات عالية، بينما تُعطي الشاحنات وسيارات الدفع الرباعي الأولوية لعزم الدوران لنقل الأحمال الثقيلة بكفاءة عند السرعات المنخفضة. ولهذا السبب تستطيع الشاحنات سحب المقطورات الضخمة بسهولة، بينما تتفوق السيارات الرياضية في التسارع السريع والسلس.