Pôvod termínu „konská sila“

Preteky medzi lokomotívou Petra Coopera „Tom Thumb“ a železničným vagónom ťahaným koňmi, 1829. Print Collector / Getty Images

Dnes je už všeobecne známe, že pod pojmom konská sila sa rozumie výkon motora. Dospeli sme k predpokladu, že auto s motorom s výkonom 400 koní pôjde rýchlejšie ako auto s motorom s výkonom 130 koní. Ale pri všetkej úcte k ušľachtilému koňovi, niektoré zvieratá sú silnejšie. Prečo sa napríklad dnes nechválime volskou alebo býčí silou nášho motora?

James Watt vylepšuje parný stroj

Škótsky inžinier James Watt vedel, že sa mu koncom 60. rokov 18. storočia darí dobre, keď prišiel s výrazne vylepšenou verziou prvého komerčne dostupného parného stroja Thomas Newcomen navrhol v roku 1712. Pridaním samostatného kondenzátora Wattov dizajn eliminoval neustále cykly chladenia a opätovného zahrievania plytvania uhlím, ktoré vyžaduje Newcomenov parný stroj.

Okrem toho, že bol Watt dokonalým vynálezcom, bol aj oddaným realistom. Vedel, že aby mohol prosperovať zo svojej vynaliezavosti, musel skutočne predať svoj nový parný stroj – mnohým ľuďom.

Watt sa teda vrátil do práce a tentoraz vymyslel jednoduchý spôsob, ako vysvetliť silu svojho vylepšeného parného stroja tak, aby to jeho potenciálni zákazníci mohli ľahko pochopiť.

Vysvetlenie, ako motory nahradili kone

Watt vedel, že väčšina ľudí, ktorí vlastnili Newcomenove parné stroje, ich používala na úlohy zahŕňajúce ťahanie, tlačenie alebo zdvíhanie ťažkých predmetov, spomenul si na pasáž z ranej knihy, v ktorej autor vypočítal potenciálny energetický výstup mechanických motorov, ktoré by sa dali použiť na nahradenie kone na takéto práce.

Vo svojej knihe z roku 1702 The Miner’s Friend, anglický vynálezca a inžinier Thomas Savery napísal: Aby motor, ktorý nadvihne toľko vody ako dva kone, pracujúci naraz pri takejto práci, mohol urobiť, a pre ktorý musí byť neustále držaných desať alebo dvanásť koní, aby robili to isté. Potom hovorím, že takýto motor môže byť dostatočne veľký na to, aby vykonal prácu potrebnú pri zamestnávaní ôsmich, desiatich, pätnástich alebo dvadsiatich koní, aby bol neustále udržiavaný a udržiavaný na vykonávanie takejto práce…

Razenie termínu „10 konských síl“

Po vykonaní niekoľkých veľmi hrubých výpočtov sa Watt rozhodol tvrdiť, že iba jeden z jeho vylepšených parných strojov by mohol produkovať dostatok energie na to, aby nahradil 10 koní ťahajúcich vozíky - alebo 10 koní.

Voila! Keď Wattov obchod s parnými strojmi prudko vzrástol, jeho konkurenti začali propagovať výkon svojich motorov v konských silách, čím sa tento výraz stal štandardným meradlom výkonu motora, ktorý sa používa dodnes.

Pri pokuse vypočítať silu jedného koňa začal Watt tým, že pozoroval mlynské kone pri práci. Kone, priviazané k lúčom pripojeným k centrálnemu hnaciemu hriadeľu mlyna, otáčali hriadeľ chodením po kruhu s priemerom 24 stôp, približne 144-krát za hodinu. Watt odhadol, že každý kôň tlačil silou 180 libier.

To viedlo Watta k výpočtu, že jedna konská sila zodpovedá jednému koňovi, ktorý vykoná 33 000 stôp libier práce za jednu minútu. Na dosiahnutie tohto záveru si Watt predstavil jedného koňa, ktorý za 60 sekúnd zdvihol 33-librové vedro vody zo dna studne hlbokej 1000 stôp. To množstvo práce, uzavrel Watt, sa rovnalo jednej konskej sile.

V roku 1804 nahradil Wattov parný stroj Newcomenov motor, čo viedlo priamo k vynálezu prvej parnej lokomotívy.

Áno, výraz watt, ako štandardná jednotka merania elektrického a mechanického výkonu, ktorá sa objavuje takmer pri každej dnes predávanej žiarovke, bol pomenovaný na počesť toho istého Jamesa Watta v roku 1882.

Iróniou osudu však je, že jeden watt sa nerovná jednej konskej sile. Namiesto toho sa 1000 wattov (1,0 kilowatt) rovná 1,3 konskej sily a 60-wattová žiarovka spotrebuje 0,08 konskej sily, čiže 1,0 konskej sily sa rovná 746 wattom.

Wattovi chýbala skutočná „konská sila“

Pri hodnotení jeho parných strojov na 10 koní Watt urobil malú chybu. Svoju matematiku zakladal na sile shetlandských alebo pit poníkov, ktoré sa kvôli svojej malej veľkosti zvyčajne používali na ťahanie vozíkov cez šachty uhoľných baní.

V tom čase dobre známy výpočet, jeden pit pony mohol ťahať jeden vozík naplnený 220 lb uhlia 100 stôp do šachty za 1 minútu alebo 22 000 lb-ft za minútu. Watt potom nesprávne predpokladal, že bežné kone musia byť aspoň o 50% silnejšie ako pit poníky, takže jedna konská sila sa rovná 33 000 lb-ft za minútu. V skutočnosti je štandardný kôň len o niečo výkonnejší ako pit pony alebo sa rovná asi 0,7 konskej sily, ako sa dnes meria.

Prvá parná lokomotíva americkej výroby

V začiatkoch americkej železnice boli parné lokomotívy, podobne ako lokomotívy založené na Wattovom parnom stroji, považované za príliš nebezpečné, slabé a nespoľahlivé na to, aby sa im dalo veriť pri preprave ľudských pasažierov. Nakoniec v roku 1827 spoločnosť Baltimore and Ohio Railroad Company, B&O , bola udelená prvá charta v USA na prepravu nákladu aj cestujúcich pomocou parných lokomotív.

Napriek tomu, že spoločnosť B&O mala chartu, snažila sa nájsť parný stroj schopný cestovať cez strmé kopce a nerovný terén, čo nútilo spoločnosť spoliehať sa hlavne na vlaky ťahané koňmi.

Na pomoc prišiel priemyselník Peter Cooper, ktorý ponúkol, že navrhne a postaví bezplatne spoločnosti B&O parnú lokomotívu, o ktorej tvrdil, že železničné vozne ťahané koňmi budú zastarané. Cooperov výtvor, slávny Tom Palec sa stala prvou parnou lokomotívou americkej výroby, ktorá jazdila na komerčne prevádzkovanej verejnej železnici.

Replika skorého parného stroja z Baltimoru a Ohia, Tom Thumb vedľa modernej dieselovej lokomotívy. Wikimedia Commons / Public Domain

Ako navrhol Cooper, Tom Thumb bola štvorkolesová (0-4-0) lokomotíva s vertikálnym vodným kotlom na uhlie a vertikálne namontovanými valcami, ktoré poháňali kolesá na jednej z náprav. Lokomotíva s hmotnosťou asi 810 libier sa vyznačovala množstvom improvizácií, vrátane kotlových rúr vyrobených z pušiek.

Za Cooperovou zjavnou štedrosťou bol samozrejme motív. Náhodou vlastnil aker za akrom pôdy, ktorá sa nachádza pozdĺž navrhovaných trás B&O, ktorých hodnota by exponenciálne rástla, ak by železnica poháňaná jeho parnými lokomotívami Tom Thumb uspela.

Kôň vs

28. augusta 1830 podstupoval Cooper's Tom Thumb výkonnostné testovanie na tratiach B&O mimo Baltimore v štáte Maryland, keď vedľa na priľahlých koľajach zastavil vlak ťahaný koňmi. Rušňovodič konského vlaku vrhol na stroj poháňaný parou neúctivý pohľad a vyzval Tom Thumb na preteky. Keď Cooper videl víťazstvo na takejto udalosti ako skvelú a bezplatnú reklamnú vitrínu svojho motora, dychtivo to prijal a preteky pokračovali.

Tom Thumb sa rýchlo dostal do veľkého a rastúceho náskoku, ale keď sa zlomil jeden z jeho hnacích remeňov, čím sa parná lokomotíva zastavila, preteky vyhral starý spoľahlivý vlak ťahaný koňmi.

B&O adoptuje parné lokomotívy

Zatiaľ čo on prehral bitku, Cooper vyhral vojnu. Vedúci pracovníci B&O boli tak ohromení rýchlosťou a výkonom jeho motora, že sa rozhodli začať používať jeho parné lokomotívy vo všetkých svojich vlakoch.

Aj keď prepravoval cestujúcich najmenej do marca 1831, Tom Thumb nebol nikdy uvedený do bežnej komerčnej prevádzky a bol zachránený na diely v roku 1834.

B&O sa rozrástla a stala sa jednou z najväčších a finančne najúspešnejších železníc v Spojených štátoch. Peter Cooper, ktorý bohato profitoval z predaja svojich parných strojov a pozemkov pre železnicu, si užil dlhú kariéru ako investor a filantrop. V roku 1859 boli peniaze darované Cooperom použité na otvorenie Cooper Union for the Advancement of Science and Art v New Yorku .