ΙΠΠΟΔΥΝΑΜΗ: ΟΤΑΝ ΤΟ ΑΛΟΓΟ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΕ ΤΗΝ ΙΣΧΥ ΜΙΑΣ ΜΗΧΑΝΗΣ

Όλοι έχουμε ακούσει να μετράμε την ισχύ της μηχανής ενός αυτοκινήτου σε άλογα. Λέμε δηλαδή ότι το τάδε μοντέλο αυτοκινήτου έχει 150 άλογα, αλλά κανείς δεν είδε 150 άλογα να σέρνουν ένα αυτοκίνητο μέσα στην Εγνατία.

Τι εννοούμε λοιπόν και πώς προέκυψε αυτή η σύνδεση;  

ΣΥΝΔΕΣΗ ΑΛΟΓΟΥ-ΙΣΧΥΟΣ

Ας ξεκινήσουμε με μία μικρή ιστορική αναδρομή για να κατανοήσουμε καλύτερα τη σύνδεση αυτή. Από την αρχαιότητα ακόμα ο άνθρωπος κατασκεύασε απλές ατμομηχανές με την πρώτη ατμομηχανή στην ιστορία να είναι αυτή του η Ήρωνα ο οποίος ήταν μηχανικός και γεωμέτρης. Η οποία βέβαια δεν βρήκε μεγάλη εφαρμογή μιας και οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν κατά κύριο λόγο την μυϊκή τους δύναμη για την παραγωγή έργου. Θα πρέπει να περάσουν πολλά χρόνια για να έρθουμε στην φάση όπου πλέον θα εκμεταλλευτούμε μία μηχανή για να κάνει την δουλειά που θα κάναμε εμείς. Όπως το να αντλήσει νερό ή ναι ανυψώσει ένα αντικείμενο ή να μεταφέρει ένα φορτίο.  Και φτάνουμε λοιπόν στο 1698 όπου ο Τόμας Σέιβερι κατασκευάζει την πρώτη μηχανή για πρακτική άντληση νερού. Λίγο αργότερα έχουμε τη μηχανή του Τόμας Νιουκομεν  το 1712 την οποία βελτιώνει ο James Watt. Και κάπως έτσι μπαίνουμε στην περίοδο της βιομηχανικής επανάστασης.

 Σκεφτείτε τώρα ότι είστε στην περίοδο που κατασκευάζονται οι πρώτες ατμομηχανές και με κάποιο τρόπο πρέπει να περιγράψετε το πόσο δυνατή είναι η μηχανή σας. Ένα από τα κυριότερα εργαλεία που χρησιμοποιούσαν οι άνθρωποι στις κοινωνίες για την μεταφορά ή την ανύψωση αντικειμένων ήταν τα άλογα. Οπότε η σκέψη λειτούργησε κάπως έτσι: αν η μηχανή που έχω μπορεί να ανυψώσει ένα αντικείμενο που μέχρι τότε για να ανυψωθεί χρειαζόμουν τρία άλογα, θα πω πως η μηχανή μου έχει ισχύ τριών αλόγων! Καταλαβαίνουμε λοιπόν πως είναι μία περισσότερο εμπειρική προσέγγιση της ισχύος μιας μηχανής. Είναι το αντίστοιχο που σου λέει η μάνα σου για μία συνταγή βάλε μία πρέζα αλάτι. Τι εννοείς; τι είναι πρέζα; είναι μονάδα μέτρησης του SI;  

Ο ίππος κατά προσέγγιση είναι ίσως με την δύναμη που χρειάζεται για να ανυψωθεί ένα αντικείμενο 75 κιλών κατά ένα μέτρο σε ένα δευτερόλεπτο. Η επίσημη μονάδα που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ισχύος μιας μηχανής είναι τα watt. Ας δούμε λοιπόν τι είναι ισχύς και να κάνουμε τη σύνδεση με τα άλογα.

ΙΣΧΥΣ ΜΙΑΣ ΜΗΧΑΝΗΣ

Η ισχύς συμβολίζεται με το γράμμα Ρ και ο τύπος που μας βοηθάει για τον υπολογισμό της είναι πως: η ισχύς ισούται με την ποσότητα ενέργειας που μετασχηματίζεται δια το χρονικό διάστημα. Ας το εξετάσουμε με ένα παράδειγμα για να κατανοήσουμε καλύτερα. Έστω ότι έχουμε δύο μηχανές την μηχανή 1 και την μηχανή 2. Η μηχανή 1 μας παρέχει ενέργεια 1000Jκαι η μηχανή 2 μας παρέχει επίσης ενέργεια 1000J. Με μία πρώτη ματιά σκέφτεστε πως και οι δύο μηχανές είναι ίδιες διότι μας παρέχουν το ίδιο ποσό ενέργειας. Αν όμως η πρώτη μηχανή μας δίνει την ενέργεια αυτή σε 10 δευτερόλεπτα ενώ η άλλη σε 100 δευτερόλεπτα τότε βλέπουμε πως μπαίνει και η παράμετρος του χρόνου μέσα. Και εδώ έρχεται η ισχύς να παίξει τον ρόλο της.  Σύμφωνα λοιπόν με τον προηγούμενο ορισμό αν διαιρέσουμε δηλαδή το ποσό ενέργειας που μετασχηματίζεται δια τον χρόνο, αντιλαμβανόμαστε ότι η ισχύς της πρώτης μηχανής είναι τα 100 watt ενώ ισχύει της δεύτερης μηχανής είναι τα 10 watt άρα η ισχύς μου λέει ποια μηχανή είναι πιο ισχυρή, δηλαδή να πάρω την ίδια ενέργεια αλλά σε λιγότερο χρόνο.

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΣΧΥΣ

Στην περίπτωση της μηχανής ενός αυτοκινήτου μας ενδιαφέρει η μηχανική ισχύς δηλαδή η ενέργεια που παρέχεται μέσα από το έργο μιας δύναμης. Ισχύς λοιπόν είναι το έργο της προσφερόμενης ενέργειας προς το χρονικό διάστημα, και το έργο της δύναμης είναι δύναμη επί τη μετατόπιση προς το χρονικό διάστημα που είχαμε ήδη στον τύπο. Έτσι λοιπόν μπορούμε να κάνουμε τη συσχέτιση και να επιστρέψουμε στο παράδειγμα που είχαμε στην αρχή με το άλογο. Η ισχύς λοιπόν θα είναι η δύναμη επί τη μετατόπιση προς το χρονικό διάστημα. Η δύναμη που θα χρειαστεί το άλογο για να ανυψώσει το αντικείμενο θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη η οριακά ίση με το βάρος του αντικειμένου. Άρα στο σημείο της δύναμης f μπορούμε να αντικαταστήσουμε το βάρος του αντικειμένου (mg) και έτσι λοιπόν από τις πράξεις να προκύψει ότι η ισχύς θα βγει στα 736 watt. Άρα λοιπόν αν έχουμε μία μηχανή ενός αλόγου αντιλαμβανόμαστε ότι η ισχύς της μηχανής αυτής είναι στα 736 watt!