Номер 2, страница 365 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Законы сохранения в механике. Глава 6. Закон сохранения энергии. Параграф 6.12. Примеры решения задач. Вопросы - номер 2, страница 365.

Условие.

2. Каким образом в технике появилась единица мощности – лошадиная сила (л. с.)?

Решение.

Единица мощности «лошадиная сила» (л. с.) была введена в конце XVIII века шотландским инженером Джеймсом Уаттом. Он занимался продажей своих усовершенствованных паровых машин, и ему нужен был способ наглядно показать их преимущество перед традиционными источниками энергии того времени — лошадьми.

Чтобы его потенциальные клиенты, владельцы шахт и мельниц, могли легко оценить производительность парового двигателя, Уатт решил измерить его мощность в количестве лошадей, которых он мог бы заменить. Он провёл наблюдения за работой тягловых лошадей, которые вращали мельничные жернова или поднимали уголь из шахт.

В результате своих измерений Уатт пришел к выводу, что одна лошадь в среднем может совершать работу, эквивалентную подъёму груза массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Эта величина стала определением для так называемой «метрической лошадиной силы».

Мощность по определению — это работа, совершённая в единицу времени. Для поднятия груза она рассчитывается по формуле:

$N = \frac{A}{t} = \frac{F \cdot h}{t} = \frac{m \cdot g \cdot h}{t}$

где $N$ — мощность, $A$ — работа, $t$ — время, $F$ — сила, $h$ — высота, $m$ — масса, $g$ — ускорение свободного падения (приблизительно $9.80665 \text{ м/с}^2$).

Подставив значения, принятые за основу для метрической лошадиной силы, получим её эквивалент в ваттах (единице мощности в системе СИ):

$1 \text{ л. с.} = \frac{75 \text{ кг} \cdot 9.80665 \text{ м/с}^2 \cdot 1 \text{ м}}{1 \text{ с}} \approx 735.5 \text{ Вт}$

Таким образом, лошадиная сила появилась как маркетинговый ход, чтобы сделать новую технологию (паровые машины) понятной для потребителей, привыкших к использованию лошадиной тяги. Эта единица оказалась настолько удачной и наглядной, что, несмотря на введение системы СИ, она до сих пор широко применяется, особенно в автомобильной промышленности для обозначения мощности двигателей.

Ответ: Единица мощности «лошадиная сила» была введена изобретателем Джеймсом Уаттом для наглядного сравнения производительности его паровых машин с работой обычных лошадей. Он определил, что одна лошадиная сила примерно равна мощности, необходимой для подъёма груза массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду, что составляет около 735,5 Вт. Это позволило покупателям легко понять, работу скольких лошадей может заменить одна паровая машина.