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工業力学 機械工学

馬力とは何か トルクとの違いやPS・HP・kWの単位について解説

主に自動車用語で使用される「馬力」という言葉

馬の力というので、1馬力は馬1頭が出せる力。と解釈していると思いますが、馬一頭分とは一体どれくらいなのでしょうか

また、似ているようで違う意味の「トルク」との違いは何でしょうか

今回はそんな馬力について解説していきます

 

馬力とは

 

18世紀にジェームス・ワットが、エンジンの性能を表す単位として、馬のする仕事を基準にしたことが「馬力」の始まりです

ジェームス・ワットは、産業革命に大きく貢献した人物です

蒸気機関の出力、効率を高めたジェームスワットは、その性能をアピールするための基準を探しており、当時、紡績や交通の動力として活躍していた馬に注目しました

そして、馬に荷物を引かせて、1秒間で33000重量ポンドの荷物を1フィート動かすときの仕事率(550lbf・ft/s)を、1馬力として定めました

この馬力は、「hourse power」の頭文字からHPという記号となっており、イギリス発祥のものなので「英馬力」と言われています

つまり、馬力は仕事率を表す単位なのです

中学や高校で習う、仕事率の単位「W(ワット)」も、このジェームス・ワットから名前を取っています

 

馬力の単位(HP PS CV kW)

世界で、主に使用されている馬力の単位は4つほどあります

 

HP

「HP」は先ほど述べた通り、「horse power」の頭文字から取っています

ヤードポンド法を使用していることもあり、アメリカやイギリスの自動車メーカーでは、馬力を表す際に、この「HP」を使用しています

PS

「PS」はドイツ語で「馬の力」を意味する「Pferde stärke」の頭文字から取っています

メートル法を使用しており、1馬力は、「1秒間につき75重量キログラム (kgf) の力で1メートル動かすときの仕事率(75 kgf·m/s)」と定義されています

メートル法がフランス発祥のものなので、「仏馬力」と言われます

ドイツの自動車メーカーでは、この単位を使用しますし、日本のトヨタ自動車もこの「PS」を使用しています

CV

「CV」はイタリア語で「馬 蒸気」を意味する「Cavallo Vapore」の頭文字から取っています

メートル法を使用しており、PSとは呼び方が異なるだけです

イタリアの自動車メーカーではこの「CV」を使用しています

kW

中学や高校物理でよく出てくる記号ですね

ワットはSI組立単位の一つであるため、自動車などの出力を表示するときには、kWを表記することが義務付けされています

先ほども述べた通り、ジェームス・ワットから取っています

 

それぞれの単位の換算方法

単位の換算方法は以下のようになります

HPPS CVkW
HP11.0140.7457
PS CV0.986310.7355
kW1.3411.3601

この表を使って

1kW = 1.341HP , 1PS = 0.7355kW

のように換算することができます

 

トルクとの違いと関係性について

トルクは、物体を回転させる力のことで、[N・m]または[kg・m]の単位で表されます

トルクの式は「接線力×回転半径」で表されます

以下の図のように、回転半径r[m]の円板が、接線方向に力F[N]を受けるとトルクTは

\(T = rF\) のように表されます

ここで

どや男
力×距離は仕事。仕事率 = \( \frac{仕事}{かかった時間} \)
だから\(馬力 = \frac{トルク}{かかった時間}\)

と思った方、とてもいい気づきですが、惜しいです

仕事の場合の距離は直線運動で、トルクの場合は回転半径だから別物なのです

回転運動における仕事率の式は、トルクをT[N・m]、仕事率をP、角速度をω[rad/s]とすると

$$P = T \times \omega$$

のようになります。直線運動における\(W = Fv\)の回転運動バージョンだという認識でいいと思います

「自動車のスペックの読み方」のような記事で、よく書かれている「トルクに回転数をかけるとパワー(出力)になる」というのは、この式からきています

 

ちなみに、自動車用語で使われる「回転数」の単位は[rpm]で表記されていることが一般的だと思いますが、上の式の角速度ωにそのまま代入しても計算は合いません

計算を合わせるためには[rad/s]に単位を合わせなければなりません

回転数(rpm)と角速度(rad/s)の変換方法と意味

 

まとめ

今回は「馬力」について解説しました

トルクとの違いや、単位についてなど、細かい内容について理解の一助となれば幸いです

最後までお読みいただきありがとうございました

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