"تنتج سيارة أستون مارتن فانكويش 824 حصانًا و738 رطلًا من عزم الدوران"، هكذا سرد صحفي السيارات بثقة قبل أن ينتقل إلى لقطات إضافية للسيارة السياحية الكبرى وهي تنطلق بسرعة في الأفق، على الأرجح بقوة 824 حصانًا متناسقًا تمامًا.
إذا كنت قد اطلعت على أي محتوى يتعلق بالسيارات، فلا بد أنك سمعت بهذين المصطلحين: القوة الحصانية وعزم الدوران. من خلال الملاحظة والسياق فقط، ربما تعرف أنهما مقياسان لقوة المحرك، وبالتالي، لسرعة السيارة.
لكن ما هو المعنى الحقيقي لكل كلمة على المستوى العلمي؟ ما الفرق بينهما؟ لقد تساءل الكثيرون منكم ، ولدينا الإجابة. فلنفتح كتبنا ولنستعد - دورة أساسيات المحركات على الأبواب.
[h=2]ما هو عزم الدوران؟[/h]
محرك كورفيت ZR1
في أبسط تعريفاته، يُعدّ عزم الدوران مقياسًا لمدى قوة الدوران أو الالتواء ، وفي سياق السيارات والمحركات، فإن الالتواء الذي نقيسه هو التواء عمود المرفق في المحرك. رياضيًا، 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 الدوران (أو عزم الدوران) الناتجة عن نفس القوة التي تبذلها. كلما زاد عزم الدوران، سهُل فك البرغي العالق. وكلما زاد عزم الدوران، سهُل تحريك سيارتك من إشارة المرور الحمراء.
في سياق المحرك، يشير مصطلح "القوة" في المعادلة إلى عملية الاحتراق التي تحرك المكابس لأعلى ولأسفل (أو من جانب إلى آخر)، بينما تشير "المسافة" إلى طول الجزء الواصل بين أذرع التوصيل وعمود المرفق (ويُشار إليها أيضًا باسم "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 من القوة، وبالتالي تزيد من عزم الدوران.
في النظام الإمبراطوري (أي الأمريكي)، ستلاحظ أن عزم دوران السيارات يُقاس بوحدة تُسمى "باوند-قدم" - وهو مصطلح ما زلتُ أخجل من قراءته مطبوعًا هكذا دون أن أتخيل شخصًا يوجه لكمة قوية لقدمين بشريتين. لكن بدلًا من أن يكون له علاقة بكدمات أصابع القدم، فإن باوند-قدم يقيس حرفيًا عزم الدوران الناتج عن ضرب قوة مقدارها X باوند في مسافة مقدارها Y قدم.
على سبيل المثال، إذا كانت السيارة تُنتج عزم دوران يبلغ 300 رطل-قدم، فهذا يعني أن قوة الالتواء التي يمكنها توليدها 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، فهمت الفكرة.
[h=2]ما هي قوة الحصان؟[/h]
محرك بي ام دبليو B58 ست اسطوانات
إذا كنت ستقرأ جملة واحدة فقط من هذا الشرح بأكمله، فاجعلها هذه الجملة: يقيس عزم الدوران مدى قوة دوران عمود المرفق بواسطة المحرك، بينما تقيس القدرة الحصانية مقدار العمل الذي يقوم به عزم الدوران هذا من خلال مراعاة سرعة دوران المحرك .
رياضياً، تُحسب القدرة الحصانية بضرب عزم الدوران في عدد دورات المحرك في الدقيقة (rpm)، والسبب الرئيسي لحسابها هو أن مقدار عزم الدوران الناتج عن المحرك يتغير تبعاً لسرعة دورانه. فبينما يُعد عزم الدوران مقياساً للقوة، تُعبّر القدرة الحصانية بسهولة عن كلٍّ من القوة وسرعة المحرك في رقم واحد.
تُعدّ سرعة المحرك مهمة لأن محركك يُنتج عزم دوران أقل (وبالتالي قوة حصانية أقل) عند التباطؤ مقارنةً بما يُنتجه، على سبيل المثال، عند الاقتراب من الحد الأقصى لدورانه. وتجدر الإشارة إلى أن أرقام عزم الدوران والقوة الحصانية الكبيرة التي تُذكرها شركات تصنيع السيارات، ومواصفاتها، ومراجعاتها، هي ذروة عزم الدوران والقوة الحصانية للمحرك - فالسيارة لا تُنتج كل هذه القوة طوال الوقت.
بتعبير أدق، تُحسب القدرة الحصانية دائمًا وفقًا للمعادلة (العزم × عدد دورات المحرك في الدقيقة) / 5252. ولمن يهتمون بالرياضيات، هذا هو السبب في أن مخططات الدينامومتر تُظهر دائمًا تقاطع خطي القدرة الحصانية والعزم عند 5252 دورة في الدقيقة، طالما أن العزم يُقاس بوحدة باوند-قدم، والقدرة الحصانية تُقاس بوحدة القدرة الحصانية الميكانيكية. ابحث عن هذه القاعدة في زيارتك القادمة لجهاز الدينامومتر. إنها قاعدة مفيدة.
على عكس عزم الدوران، تُعدّ القدرة الحصانية وحدة قياس مستقلة، وخلافًا لما يوحي به الاسم، فإنّ حصانًا واحدًا لا يُعادل فعليًا قوة حصان بالغ واحد، على الأقل ليس بالطريقة التي تتخيلها على الأرجح. أمرٌ مُخيب للآمال، 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 شاهد المهور وهي تنقل الفحم في رافعات المناجم، وقدّر (بشكل تقريبي جدًا) أن حصانًا واحدًا بالغًا يستطيع رفع 33000 رطل من الفحم بثبات واستدامة بمقدار قدم واحدة في الدقيقة - وهذا هو تعريف قوة الحصان الواحد.
بتطبيق هذا التعريف مع صيغة محيط دورة واحدة، نحصل على الصيغة "5252" المذكورة أعلاه. وللتأكيد، جيمس وات هو نفسه الشخص الذي سُميت وحدة قياس القدرة الأخرى، الواط، باسمه.
[h=2]شرح مبسط: ما معنى كل هذا؟[/h]عمليًا، عزم دوران السيارة هو ما يدفعك للخلف في مقعدك من وضع السكون أو من سرعة دوران منخفضة، لأن القدرة الحصانية لا تصل إلى ذروتها في هذه الحالة، وفقًا للتعريف الرياضي للقدرة الحصانية. ولكن بمجرد ارتفاع سرعة الدوران، يُولّد عزم الدوران القدرة الحصانية، وهي ما تُبقيك متسارعًا على سرعات الطرق السريعة وما فوقها.
هذه طريقة بدائية للتفكير في الأمر، ولكن مع ثبات نسب التروس والديناميكا الهوائية والوزن، يمكنك اعتبار قوة الحصان مقياسًا أفضل لمدى سرعة السيارة بمعنى "السرعة القصوى" للسؤال، في حين أن عزم الدوران ربما يكون أكثر أهمية بمعنى "من 0 إلى 60".
تستخدم السيارات الكهربائية محركات قادرة على الوصول إلى ذروة عزم الدوران في لحظة، لكن هذا العزم غالبًا ما يتراجع عند السرعات العالية بسبب محدودية سعة البطارية. كما تتمتع 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 التي تعمل بسحب الهواء الطبيعي إلى عزم الدوران عند السرعات المنخفضة، وتحتاج إلى رفع عدد دورات المحرك إلى أقصى حد للوصول إلى أقصى قدرة حصانية.
- عزم الدوران = القوة × المسافة
- القدرة الحصانية = (عزم الدوران × عدد دورات المحرك في الدقيقة) / 5252
بالطبع، تستطيع شركات صناعة السيارات التحكم في استجابة السيارة من خلال نسب التروس، بل وتفعل ذلك بالفعل. ومن الجدير بالذكر أيضاً أنه نظراً لأن أنظمة نقل الحركة ليست مثالية الكفاءة، فإن القدرة الحصانية وعزم الدوران الناتجين عن عمود المرفق لن يكونا متطابقين مع الكمية التي تصل فعلياً إلى الطريق. يُشار إلى الأولى بالقدرة الحصانية أو "عزم الدوران عند عمود المرفق"، أو ما يُعرف بقدرة الفرامل الحصانية (bhp)، بينما يُشار إلى الثانية بعزم دوران العجلات أو قدرة العجلات الحصانية.
لمن يميلون إلى التمرير سريعًا إلى أسفل الصفحة لقراءة الملخص الموجز، إليكم ما تحتاجون معرفته: نظريًا، يقيس عزم الدوران مدى دوران المحرك، بينما تقيس القدرة الحصانية مقدار العمل الذي يمكن أن يقوم به هذا الدوران عند سرعة معينة للمحرك. عمليًا، يمنحك عزم الدوران القدرة على الانطلاق، بينما تحافظ القدرة الحصانية على استمرارية السحب مع ازدياد السرعة.
الأسئلة الشائعة
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 الحصائية فتقيس سرعة إنجاز العمل؛ وتعتمد على عزم الدوران وسرعة دوران المحرك ( عدد دورات المحرك في الدقيقة. باختصار، يُعنى عزم الدوران بالقوة الفورية، بينما تعنى القدرة الحصانية بالقدرة على إنجاز العمل على مدى فترة زمنية.
أيهما أكثر أهمية القدرة الحصانية أم عزم الدوران؟
تعتمد الأهمية على الغرض من استخدام المركبة. يُعد عزم الدوران أكثر أهمية للقطر، أو القيادة على الطرق الوعرة، أو نقل الأحمال الثقيلة بسرعات منخفضة لأنه يوفر قوة سحب فورية، بينما تعد القدرة الحصائية أكثر أهمية للسرعة القصوى والتسارع عند دورات المحرك العالية، كما هو الحال في السيارات الرياضية حيث تعد القدرة المستمرة أمرًا أساسيًا.
ما العلاقة بين القدرة الحصانية وعزم الدوران؟
ترتبط القدرة الحصانية وعزم الدوران رياضياً من خلال الصيغة التالية: القدرة الحصائية = (عزم الدوران × عدد دورات المحرك في الدقيقة : 5252. وهذا يعني أن عزم الدوران عند عدد دورات منخفض في الدقيقة يساهم بشكل أقل في القدرة الحصائية، ولكن عزم الدوران عند عدد دورات مرتفع في الدقيقة يترجم مباشرة إلى قدرة حصانية أعلى، وهو ما يفسر سبب قدرة المحركات ذات عزم الدوران المتواضع على تحقيق سرعات قصوى مثيرة للإعجاب إذا تمكنت من الوصول إلى عدد دورات مرتفع في الدقيقة.
هل يمكن أن تتمتع السيارة بعزم دوران عال ولكن بقوة حصانية منخفضة؟
نعم، يمكن ذلك. محركات الديزل مثال كلاسيكي فهي غالبًا ما تنتج عزم دوران عال جدا عند دورات منخفضة في الدقيقة،
مما يوفر قوة سحب ممتازة للنقل أو القيادة على الطرق الوعرة، لكن قدرتها الحصانية أقل لأن المحرك لا يدور بسرعة عالية. هذا التصميم يجعلها قوية للأعمال الشاقة، لكنها أقل ملاءمة للأداء عالي السرعة.
لماذا تركز السيارات الرياضية على قوة المحرك بينما تركز الشاحنات على عزم الدوران؟
تركز السيارات الرياضية على القوة الحصانية العالية لأنها تحتاج إلى قوة مستمرة للتسارع والقيادة بسرعات عالية، بينما تعطي الشاحنات وسيارات الدفع الرباعي الأولوية لعزم الدوران لنقل الأحمال الثقيلة بكفاءة بسرعات منخفضة. ولهذا السبب تستطيع الشاحنات سحب مقطورات ضخمة بسهولة، بينما تتفوق السيارات الرياضية في التسارع السريع والسلس.
