какое кпд у лошади
Лошадиная сила человека
Идея визуализировать энергетический эквивалент работы человеческого мозга сегодня используется даже в рекламных объявлениях.
Источник: фрагмент рекламного объявления из журнала Nature
Они как будто сговорились! У Есенина: «Коль гореть, так уж гореть, сгорая». А вот у Маяковского: «Светить всегда, светить везде». И, как итог, фактически парафраз этих строк из репертуара Пугачевой: «Жить, гореть и не угасать!» Но самое интересное начинается, если все эти строчки начать расшифровывать буквально.
Поразительно, но процесс дыхания аналогичен процессу горения, только это – «холодное» горение топлива (водород), взаимодействующего с окислителем (кислород воздуха). И в этом смысле аналог дыханию – это процессы медленного окисления: образование ржавчины, гниение, брожение.
А источником водорода как раз и служит пища: в желудке, кишечнике пища разлагается под действием ферментов до жирных кислот, которые, в свою очередь, распадаются в клетке до воды, углекислого газа и атомарного водорода. Образующийся в этой реакции электрон и запускает все идущие в живом организме процессы. В итоге, по существующим оценкам, мускульная энергия, развиваемая человеком, эквивалентна электрической лампочке мощностью в 150 Вт.
«. при работе мускула происходит почти такое же сгорание его тканей (то есть соединение этих тканей с кислородом), какое происходит с топливом в котельной топке паровой машины или в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, – растолковывает профессор Б.Вейнберг в заметке «КПД человека». – Таким образом, для работы мускула ему необходимо доставлять и материал для восстановления его тканей, и кислород для сжигания их. И то и другое доставляется посредством крови» («Техника – молодежи», № 2, 1935).
Все это дает основание физиологам теплопродукцию живых систем приравнять, с некоторым приближением, интенсивности потребления кислорода. Зафиксированные здесь рекорды, в энергетическом эквиваленте, таковы: максимальный обмен – у альпинистов и горцев: 250–280 МВт/г; жители равнин отстают почти на «корпус» – 160–200 МВт/г. То есть при адаптации человека к различным географическим условиям происходит увеличение мощности дыхательной системы на клеточном уровне. Ничего удивительного в этом нет, если учесть, что подъем в горах на 305 м приблизительно равен прохождению 480 км на север или на юг от экватора.
Любопытно, что согласно наставлениям каждый военнослужащий армии США должен получать 4,5 тыс. калорий в день, тогда как финские военные рекомендуют 6 тыс. калорий в день.
Но вообще-то нормальному взрослому человеку в день нужно с пищей потреблять 2500–3000 ккал. (За год же человек потребляет количество энергии, эквивалентное сжиганию 100 кг угля – sic!) Если этот энергетический прожиточный минимум обеспечен, человек способен с помощью своих мускулов совершить механическую работу, эквивалентную 500–600 ккал. Коэффициент полезного действия (КПД) человека, как нетрудно убедиться, 20%. Между прочим, это больше, чем у лошади (ее КПД около 10%), и значительно больше, чем у быка. (Может быть, интересно: одна лошадиная сила – подъем на 1 м 75 кг за 1 с.)
В то же время человек со своими мышцами далеко не лучший двигатель: его мощность, измеренная в лошадиных силах, составляет всего 0,03–0,04. Очень редко «мощность» взрослого мужчины доходит до 0,2–0,25 л.с.
Однако достоинством человека как энергетической установки является его большая выносливость. Так, например, по подсчетам академика Леонида Милова, через каждые четыре дня работы на пахоте лошади был необходим день выгула. В отличие от лошади русский крестьянин в XVIII веке с 22 апреля по 6 июня работал на поле без единого выходного, практически без отдыха и почти без сна.
Или вот еще пример ветхозаветной «безотходной» технологии. Пирамиду Хеопса строили 100 тыс. человек, заменявшиеся новыми каждые три месяца на протяжении 30 лет. Поднимались громадные тяжести: гранитные балки перекрытия склепа пирамиды Хеопса весят 500 тонн каждая, а в пирамиде Хефрена есть монолиты весом до 423 тонн. И все это ворочали вручную!
Когда находишься рядом с этими рукотворными исполинскими мегалитами, первое, что приходит на ум, – какая же чертова уйма обезличенного человеческого труда овеществлена в этих склепах! Тем более это тяжело представить себе, если знать (благодаря расчетам все того же профессора Б.Вейнберга), что 1 кВт может заменить собой 150 умеренно работающих людей, 33 тяжелоработающих или 20 очень тяжело работающих людей.
Но человек – это не только хороший генератор энергии, но и вполне сносный ее аккумулятор: он может работать, не получая пищи, в течение одних-двух суток. При массе в 75 кг взрослый мужчина способен накопить более 2–3 кВт-ч энергии (примерно 30 Вт-ч на 1 кг веса). Если пересчитать эти показатели на единицу массы, то «человеческая машина» окажется в иерархии энергий выше сжатых газов и всевозможных механических пружин. Но ниже кипящей воды. Так что с физической точки зрения не вполне понятна этимология широко распространенного определения непрофессионала – «чайник». Какой же это чайник, если он не может вскипятить стакан воды!
В культовом киберпанковском фильме «Матрица» (время действия – 2199 год, Земля) человеческие существа используются захватившими власть машинами в качестве обычных батареек. Тут создатели картины немного перемудрили. Ведь известно, что для производства одного джоуля энергии, содержащегося в пище, которую потребляет человек, затрачивается 10 Дж энергии. Машины просто не смогли бы прокормить свои биологические «батарейки». Игра не стоит свеч.
Впрочем, у этого сюжета есть варианты. Например, такой. «Скорее всего машины используют резервную мыслительную силу человечества в качестве громадного распределенного процессора для контроля над реакциями ядерного синтеза», – считает британский математик Питер Б.Ллойд. Вот это уже теплее!
Человеческий мозг, возможно, самый сложный объект во Вселенной. А вот для работы этому чуду живой «механики» нужно всего 10 Вт энергии! Правда, мозг очень привередлив в выборе топлива-пищи: просто жиры ему не подходят, хотя в 1 г жира запасено 37,7 Дж энергии. Мозгу подавай глюкозу и кислород. Видите ли, глюкоза «сгорает» полностью, не оставляя после себя в мозгу никаких «шлаков». В состоянии покоя мозг потребляет около двух третей всей циркулирующей в крови глюкозы и 45% кислорода. Снижение концентрации глюкозы в крови ниже 0,5–0,2 г/л приводит к потере сознания и коме.
На этом фоне вполне правдоподобно выглядит гипотеза, согласно которой именно особенности пищевой, то бишь энергетической, стратегии Homo sapiens’ов позволили им опередить неандертальцев в эволюционной гонке. Так, некоторые антропологи (Sorensen, Leonard, 2001) сравнивают средний уровень физических нагрузок неандертальцев с нагрузками атлетов, фермеров и грузчиков. По расчетам этих авторов, необходимые ежедневные энергетические потребности неандертальцев превышали таковые у современных эскимосов – людей с наибольшими энергетическими затратами среди современного человечества, с очень высоким уровнем основного обмена. Прокормиться было очень трудно. Исторической перспективы – никакой, увы.
А хитрые sapiens’ы взяли да изобрели приготовление пищи на огне. Сразу качественно возрастает энергетическая и питательная ценность, ее усвояемость. Не случайно приготовленная на огне пища – возможно, наиболее ранний объект кражи в обществе человека.
Как будто специально под этот случай сказал еще один поэт, Андрей Вознесенский:
Рабочие качества лошади
Выносливость в таком понимании не имеет значения для механических двигателей. В отношении же животных, используемых для работы, она играет весьма важную роль при оценке их хозяйственной годности. К сожалению, для определения рабочей выносливости животных, в том числе и лошадей, не имеется не только соответствующей единицы измерения, но и вообще достаточно объективных методов оценки. Поэтому при сравнительной оценке лошадей по их выносливости В работе приходится пока довольствоваться лишь субъективными описательными приемами, особенно когда вопрос касается различных условий работы.
Итак, мощность, как величина, зависимая и от тяговой силы и от скорости движения, служит более совершенной, чем каждая из них в отдельности, мерой интенсивности работы лошади. В отношении работающих животных, и в частности лошадей, знание структуры мощности особенно важно. Когда говорят о мощности, проявляемой лошадью, обычно имеют в виду внешнюю механическую работу. При этом не учитывают работу лошади, производимую ею для перемещения собственного тела, между тем это весьма существенный фактор, в особенности при движении рысью и к тому же с большой скоростью.
За единицу измерения мощности принята так называемая лошадиная сила, обозначаемая для краткости буквами «л.с.» и равная 75 кгм в секунду.
При расчетах общего запаса тяговой мощности в механических двигателях и в живой тяговой силе, каким располагает хозяйство или район, область и т. д., принято считать, что в массе одну рабочую лошадь сельскохозяйственного типа следует приравнивать к 0,6-0,7 л.с. Крупные же лошади развивают мощность при обычной работе в одну лошадиную силу.
Поскольку величина мощности определяется произведением силы на скорость, то очевидно, что нормальной мощностью лошади в повседневной работе следует считать такую, которая соответствует нормальному тяговому усилию данной лошади и нормальной ее скорости движения в работе. Фактическая мощность, которую различные лошади могут развивать в хозяйственных условиях или на специальных испытаниях, может во много раз превышать их нормальную мощность.
К сожалению, обстоятельных данных, которые характеризовали бы ту или другую породу лошадей по тяговой мощности, еще нет. Поэтому можно привести лишь некоторые примеры проявления лошадьми высокой мощности на различных испытаниях. На коротких дистанциях при значительно большем тяговом усилии лошади способны проявлять еще более высокую мощность.
Как тяговое усилие лошади, так и ее мощность представляют интерес не только по своей абсолютной величине. Для характеристики работоспособности лошади большое значение имеет и относительная величина, т. е. мощность, приходящаяся на единицу массы или веса лошади. Одним из весьма существенных различий между механическим и живым двигателем является то, что механические двигатели на единицу своего веса дают значительно большую мощность, чем работающие животные.
В коневодстве вопрос о весе, а следовательно, и о массе лошади, о его значении и желательной величине также часто возникает при обсуждении проблем ее рабочих качеств, желательного типа и др.
Коэффициент полезного действия как показатель рабочих качеств лошади. Коэффициентом, полезного действия называется отношение количества произведенной двигателем или животным механической работы к тому количеству энергии, которое двигатель освободил внутри себя на производство этой работы. Этот показатель всегда меньше единицы, обозначается он обычно буквами к.п.д. Для расчета к.п.д. лошади при выполнении какой-либо работы необходимо определить количество затрачиваемой лошадью энергии в калориях и выразить ее по механическому эквиваленту в килограммометрах. Одна б. калория (ккал.) эквивалентна 425 (427) кгм механической работы.
В отличие от механических двигателей лошадь расходует энергию непрерывно, а не только во время работы.
Работа всегда усиливает эти затраты энергии. Однако невозможно из общих затрат лошадью энергии во время какой-либо работы выделить ту часть затрат, которая идет непосредственно на работу, от энергии, которая расходуется на все жизненные процессы организма лошади. Лишь весьма условно можно провести такое расчленение затраченной лошадью энергии.
Для характеристики рабочих качеств лошади пользуются так называемым общим коэффициентом полезного действия, рассчитанным по общим суммарным затратам лошадью энергии на данную работу. Чем больше при этом будет величина выполняемой лошадью механической работы, тем будет выше к.п.д., так как количество энергии, затрачиваемое лошадью на выполнение работы, будет возрастать по отношению к общим затратам энергии.
Можно не делать перерасчета калорий энергии, затраченных лошадью на работу, в механическую работу и вместо к.п.д. пользоваться непосредственно количеством калорий, затраченных на 1 кгм работы. Это не требует лишних расчетов, а существо дела при этом не меняется.
Отметим, что с увеличением тяговой мощности, проявляемой лошадью в работе, коэффициент полезного действия возрастает, а затраты энергии на единицу работы соответственно падают. Поэтому указанные показатели для характеристики рабочих качеств лошадей должны быть взяты при одинаковых величинах мощности, проявляемой сравниваемыми лошадьми; без этого они будут несопоставимы.
Хотя работа с повышенной мощностью дает более высокий к.п.д., т. е. более выгодна, однако не одним коэффициентом полезного действия решается вопрос о рациональности режима работы лошадей. Нельзя допускать длительной перегрузки лошадей за счет большой мощности, лишь бы получить высокий к.п.д. В то же время работать на недогруженной лошади невыгодно.
Практика показывает, что в производственных условиях бывает целесообразно и возможно некоторое увеличение одного из трех элементов без компенсации путем снижения величины других. При этом общее количество работы за день не только не уменьшается, как требуется по Машеку, а даже несколько возрастает. Однако такое отклонение от условий, требуемых Машеком, если оно продолжается более или менее длительно, приводит к накоплению у работающих лошадей переутомления, к потере упитанности и веса.
Лошади более легко переносят перегрузку за счет удлинения рабочего дня, затем за счет повышения тягового усилия и хуже всего реагируют на повышение скорости движения в работе. Это вполне понятно, так как при увеличении скорости движения не только возрастает тяговая мощность, но и возрастают силы и затраты энергии на передвижение собственного тела лошади. Это обстоятельство, между прочим, в расчетах Машека не учтено.
Литература: Коневодство и конеиспользование. Под ред. проф. В. О. Витта. М., Издательство «Колос», 1964. 383 с. (Учебники и учеб, пособия для высших с.-х. учеб, заведений).
Какое кпд у лошади
Если вы пытаетесь представить, что вас ждёт с приобретением лошади, насколько велики расходы продуктов, то эта статья для вас! В ней мы расскажем о суточном рационе средней лошади массой 500 кг. Средняя взрослая лошадь за год съедает около 2 тонн овса, 4-5 тонны сена, 500 кг отрубей, тонну моркови. Не забывайте о потребности лошади в соли, её потребуется примерно 13 кг в год (чуть больше килограмма соли в месяц). Если же мы уменьшим временный интервал до суток, то лошади весом 450-500 кг потребуется: овса — 5 кг; сена — 10-13 кг; отрубей — 1-1.5 кг; моркови — 2-3 кг.
Нелишними будут и кормовая или красная свекла, капуста (в небольших количествах), арбузы, яблоки. Иногда также полезно будет разнообразить лошадиный рацион специальными витаминными и минеральными подкормками. Необходимо, чтобы у лошади всегда был доступ к поваренной соли (её удобнее подавать в виде брикета-лизунца). Конечно, при расчёте суточного рациона необходимо сделать поправки на возраст лошади, её размеры, вес, используемые физические нагрузки. Конюхи овёс и сено разделяют по разным кормушкам. Для сена подходят надверные решетчатые кормушки или плетеные рептухи. Суточную норму овса делят на три примерно равные части (завтрак, обед и ужин). Сено лучше давать чаще — 4-5 раз в сутки. Перед каждым кормлением свою лошадь лучше попоить. Грубые корма — сено и яровая солома — в ежедневном рационе лошади должны составлять не менее 40%. Без овса лошадь может некоторое время обойтись, а вот без сена на одном овсе лошадь лучше не держать. Лучшее сено для лошадей — это луговое и бобово-злаковое сено. Чтобы избежать неприятностей с пищеварением лошади, вам стоит особое внимание уделить сену: оно не должно быть заплесневелым, гнилым, мокрым, смерзшимся. Перед скармливанием разберите его руками, особенно прессованное сено, перетряхните на ветру, пусть немного просушится. Ведь лошади больше, чем другие домашние животные, подвержены заболеваниям из-за недоброкачественного корма. Обычно лошадь поят прямо из ведра. За сутки взрослая лошадь может выпить до 60-80 л воды (то есть 6-8 вёдер!). С наступлением весны для лошадей наступает раздолье: открывается доступ к пастбищной или свежескошенной траве. Но помните, что переход на пастбищное содержание должен быть постепенным — иначе возможны расстройства пищеварения. В начале периода пастбищного пребывания не позволяйте лошади пастись слишком долго. Перед выпуском на пастбище или раздачей свежей травы обязательно дайте съесть несколько килограммов сена. Не выпускайте лошадей на сырой клевер или люцерну и не давайте много такой травы в подвяленном виде: бобовые корма начинают бурно бродить в желудке лошади и могут вызвать колики. Если ваша лошадь работает целый день, то ей через каждые два часа необходимо давать время для отдыха и кормления. Если передышка краткая, 15-20 минут, то скармливают грубые корма, а во время длительного (2-3 часа) обеденного отдыха, когда лошадь уже остынет, напьётся и поест сена, ей можно давать овёс или другие концентраты. После кормления концентратами лошади надо дать отдохнуть ещё примерно с час, и лишь затем уже можно седлать или запрягать для дальнейшей работы. Ну и напоследок приведём таблицу суточного потребления корма для лошадей, опубликованную в «Настольной книге для русских сельских хозяев» (1876 г.):
Лошадиные силы лошадей
Или вот, это тоже товарищ из шайров:
Арденская лошадь (хорошо видно, что хоть он и лошадь, но всё же конь):
Большую часть времени дестриэ перемещались налегке, либо везли что-то необременительное по принципу «вдруг война, а я уставший».
Перед боем рыцарь не без помощи оруженосцев обвешивал дестриэ бронёй, облачался в доспехи сам и взгромождался верхом.
Задачей дестриэ было как можно сильнее разогнаться со 100-150 кило рыцаря на спине, врезаться в строй противника, постаравшись повалить как можно больше людей, после чего начать топтать упавших и кусать устоявших, желательно не потеряв в суматохе наездника. Откатиться назад, повторить ещё пару раз. После этого ресурс выносливости боевого коня заканчивался и ему требовался хороший перекур.
Теперь перейдём к лошадиным силам.
Если упрощать, то одна лошадиная сила составляет 735,499 Вт (≈0,735 кВт). Если не упрощать, то лошадиная сила будет определяться как 75 кгс·м/с (мощность, затрачиваемая при равномерном вертикальном поднимании груза массой в 75 кг со скоростью 1 метр в секунду при стандартном ускорении свободного падения (9,80665 м/с²) и составит ровно 735,49875 Вт.
Также, источники со ссылкой на «Науку и Технику» (действительно была такая статья, дам в конце ссылку) сообщают о легенде, согласно которой одну из первых машин Уатта купил пивовар, чтобы заменить ею лошадь, которая приводила в действие водяной насос. Пивовар выбрал самую сильную лошадь и заставив её работать на пределе сил целый день. Уатт принял и даже превысил полученную пивоваром производительность, и эталоном стала именно мощность построенной машины.
Но это легенда. На самом деле эталонную лошадиную силу Уатт вывел следующим образом (хотел сначала изложить тезисно, но решил не изобретать велосипед, так что приведу полную цитату с Вики):
В то время в Англии для поднятия из шахт угля, воды и людей использовались бочки объёмом от 140,9 до 190,9 л. Существовала (и существует) единица массы баррель (единица объёма), основанная на массе типовой бочки (англ. barrel) с грузом, которая весила 380 фунтов (1 фунт = 0,4536 кг), то есть 1 баррель = 172,4 кг.
Естественно, что вытащить такую бочку могли только две лошади за канат, перекинутый через блок. Усилие средней рабочей лошади в течение 8 часов работы составляет 15 % от её веса или 75 кгс при массе лошади в 500 кг. За 8 часов лошадь с таким усилием может пройти 28,8 км со скоростью 3,6 км/ч (1 м/с).
Наблюдая за традиционным источником энергии — лошадью, Уатт пришел к выводу, что бочку массой 180 кг могут вытягивать из шахты две лошади со скоростью 2 мили/ч (3,6 км/ч). В этом случае лошадиная сила в английских мерах принимает вид 1 л. с. = 1/2 барреля · 2 мили/ч = 1 баррель·миля/ч (здесь баррель принят за единицу силы, а не массы). То же самое в более мелких единицах составляет 380 фунтов на 88 футов/мин. Округлив расчеты в фунто-футах за минуту, он решил, что лошадиная сила будет равна 33 000 фунто-футов в минуту.
Таким образом мы видим, что для эталонной лошадиной силы измерялась эффективность работы коняк за восьмичасовой рабочий день. Как вы понимаете, если начать измерять работу не за восемь часов, а за десять, то показатели лошади упадут очень существенно, и мы получим, например, 0,7 лс в одной лошади. Зато если взять четырёхчасовой рабочий день, то за это время обычная лошадь сделает не 1/2 от восьмичасовой работы, а больше, потому что в начале дня ты бодрячком, а под вечер язык на плече.
Свежая отдохнувшая лошадь в хорошем настроении кратковременно, рывком, способна развить усилие около 1000 кгс (против 75 кгс за восемь часов), что будет примерно равно 10 кВт (против 0,735 кВт «лошадиной силы»). Это получается, если на пальцах, от десяти до пятнадцати лошадиных сил.
Таким образом, если суммировать все приведённые выше округления, оговорки и допущения, мы получим, что кратковременно очень крупный, совершенно здоровый и хорошенько отдохнувший шайр может развить мощность до тридцати и даже сорока лошадиных сил.
Ссылки на источники ниже оставлю. Если какой-то из них нельзя, трите смело.
Тег [моё] ставить не буду, обязательно припрётся какая-нибудь заноза и станет нудеть, что я тех коней не растил. Так что это на усмотрение администрации. Данные взяты из открытых источников, фотографии вставил из подборки поисковика, изложение моё.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать /наука, история, политика, творчество/
Кликабельно
Кратковременно это животное может развить мощность и до 13 лошадиных сил, но при нормальной ритмичной работе как раз около одной. Почему именно «лошадиную силу» стали использовать в качестве единицы измерения мощности? В этом «виноват» изобретатель паровой машины англичанин Джеймс Уатт (1736–1819). Ему нужно было наглядно продемонстрировать общественности, что его машина может заменить много лошадей, а для этого следовало как-то измерить работу, которую сама лошадь может произвести в единицу времени.
Проведя наблюдения на угольных копях, Уатт показал, что среднестатистическая лошадь способна в течение долгого времени поднимать из шахты груз весом около 75 килограммов со скоростью один метр в секунду. Понятно, что такого рода измерения могут давать очень разные результаты, поэтому появилось целое семейство разнообразных лошадиных сил: котловые, налоговые, электрические, водяные, метрические и даже британские. Покончено с этим «табуном» было в 1960 году — XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла единую Международную систему единиц СИ (SI). В ней мощность выражается в ваттах в честь все того же Джеймса Уатта.
Кстати, фото из библиотеки Конгресса США, сделанное примерно в 1890х годах на лесоповале в Мичигане.
Почитайте еще Лошадиные рекорды, а так же Ходят кони
Информация об этом журнале
По бокам космического корабля «Кеннеди» размещаются два двигателя по 5 футов шириной. Конструкторы корабля хотели сделать эти двигатели еще шире, но не смогли. Почему?
Дело в том, что двигатели эти доставлялись по железной дороге, которая проходит по узкому тоннелю. Расстояние между рельсами стандартное: 4 фута 8.5 дюймов, поэтому конструкторы могли сделать двигатели только шириной 5 футов.
Возникает вопрос: почему расстояние между рельсами 4 фута 8.5 дюймов? Откуда же взялась эта цифра?
Оказывается, что железную дорогу в Соединённых Штатах делали такую же, как и в Англии, а в Англии делали железнодорожные вагоны по тому же принципу, что и трамвайные, а первые трамваи производились в Англии по образу и подобию конки. А длина оси конки составляла как раз… правильно, 4 фута 8.5 дюймов! Но почему?
Потому что конки делали с тем расчетом, чтобы их оси попадали в колеи на английских дорогах, чтобы колеса меньше изнашивались, а расстояние между колеями в Англии как раз… да, вы угадали: именно 4 фута 8.5 дюймов! Отчего так?
Да просто дороги в Великобритании стали делать римляне, подводя их под размер своих боевых колесниц, и длина оси стандартной римской колесницы равнялась… правильно, 4 фута 8.5 дюймам! Ну вот теперь мы докопались, откуда взялся этот размер, но все же, почему римлянам вздумалось делать свои колесницы с осями именно такой длины?
А вот почему: в такую колесницу запрягали обычно двух лошадей. А 4 фута 8.5 дюймов — это был как раз размер двух лошадиных задниц! Делать ось колесницы длиннее было неудобно, так как это нарушало бы равновесие колесницы.
Следовательно, вот и ответ на самый первый вопрос: даже теперь, когда человек вышел в космос, его наивысшие технические достижения напрямую зависят от размера лошадиной задницы две тысячи лет назад!