Mūsdienās ir kļuvis zināms, ka termins “zirgspēks” attiecas uz motora jaudu. Mēs esam pieņēmuši, ka automašīna ar 400 zirgspēku motoru brauks ātrāk nekā automašīna ar 130 zirgspēku motoru. Bet ar visu cieņu dižciltīgajam zvēriņam daži dzīvnieki ir stiprāki. Kāpēc, piemēram, šodien mēs nedrīkstam lepoties ar mūsu dzinēja “vēršamās enerģijas” vai “vērša enerģijas” līmeni?
Skotu inženieris Džeimss Vats zināja, ka viņam ir patīkami rīkoties 1760. gadu beigās, kad viņš nāca klajā ar ievērojami uzlabotu pirmā komerciāli pieejamā tvaika dzinēja versiju Tomass Ņūkomens bija projektējis 1712. gadā. Pievienojot atsevišķu kondensatoru, Watt dizains izslēdza pastāvīgus ogļu izniekošanas atdzesēšanas un atkārtotas sildīšanas ciklus, kas nepieciešami Newcomen tvaika dzinējam.
Watt bija ne tikai izcils izgudrotājs, bet arī uzticīgs reālists. Viņš zināja, ka, lai gūtu labumu no savas atjautības, viņam faktiski bija jāpārdod jaunais tvaika dzinējs - daudziem cilvēkiem.
Vats devās atpakaļ uz darbu, šoreiz “izgudrojot” vienkāršu veidu, kā izskaidrot uzlabotā tvaika dzinēja jaudu tā, lai viņa potenciālie klienti to varētu viegli saprast.
Zinot, ka vairums cilvēku, kuriem piederēja Newcomen tvaika dzinēji, tos izmantoja uzdevumiem, kas saistīti ar smagu priekšmetu vilkšanu, stumšanu vai pacelšanu, Vats atgādināja fragments no agras grāmatas, kurā autore bija aprēķinājusi mehānisko “motoru” potenciālo enerģijas izlaidi, ko varētu izmantot zirgu aizstāšanai tādas darba vietas.
Savā 1702. gada grāmatā Kalnraču draugs, Angļu izgudrotājs un inženieris Tomass Saverijs ir rakstījis: “Tā, ka motors, kas savāc tikpat daudz ūdens kā divi zirgi, strādājot kopā vienlaikus šādā darbā var darīt, un par to to pašu vienmēr ir jātur desmit vai divpadsmit zirgu. Tad es saku: šāds motors var būt pietiekami liels, lai veiktu darbu, kas nepieciešams, lai nodarbinātu astoņus, desmit, piecpadsmit vai divdesmit zirgus, lai to pastāvīgi uzturētu un turētu šāda darba veikšanai. ”
Pēc ļoti aptuvenu aprēķinu veikšanas Vats nolēma apgalvot, ka tikai viens no viņa uzlabotajiem tvaika dzinējiem varētu radīt pietiekami daudz enerģijas, lai aizstātu 10 pajūgu vilkšanas zirgus - vai 10 zirgspēkus.
Voila! Tā kā Watt tvaika dzinēju bizness pieauga, konkurenti sāka reklamēt viņu dzinēju jaudu ar “zirgspēkiem”, tādējādi padarot šo terminu par standarta motoru jaudas mērauklu, kas joprojām tiek izmantots mūsdienās.
Līdz 1804. gadam Watt tvaika dzinējs bija nomainījis Newcomen motoru, kas tieši noveda pie pirmās tvaika piedziņas lokomotīves izgudrošanas.
Ak, un jā, termins “vats” kā standarta elektriskās un mehāniskās jaudas mērvienība, kas parādās gandrīz katrā šodien pārdotajā spuldzē, tika nosaukts par godu tam pašam Džeimsam Vatam 1882. gadā.
Vats palaida garām patieso zirgspēku
Novērtējot savus tvaika dzinējus ar “10 zirgspēku jaudu”, Vats bija pieļāvis nelielu kļūdu. Viņš bija balstījis savu matemātiku uz Šetlandes vai “bedru” poniju spēku, kurus to mazā lieluma dēļ parasti izmantoja, lai vilktu ratiņus caur ogļu raktuvju šahtām.
Tajā laikā labi zināms aprēķins, ka viens bedres ponijs varēja izvilkt vienu ratiņu, kas piepildīts ar 220 mārciņām ogļu 100 pēdas uz augšu no mīnas vārpstas 1 minūtē vai 22 000 mārciņu minūtē. Vats tad kļūdaini pieņēma, ka parastajiem zirgiem jābūt vismaz par 50% stiprākiem nekā bedru poniji, tādējādi padarot vienu zirgspēku vienādu ar 33 000 mārciņām minūtē. Faktiski parastais zirgs ir tikai nedaudz jaudīgāks par bedres poniju vai vienāds ar aptuveni 0,7 zirgspēkiem, kā mēra šodien.
Slavenās sacensībās par zirgu vs. Tvaiks, zirgs uzvar
Amerikas dzelzceļa pirmajās dienās tvaika lokomotīves, piemēram, tās, kuru pamatā ir Vata tvaiks dzinējs, tika uzskatīti par pārāk bīstamiem, vājiem un neuzticamiem, lai uzticētos cilvēku pārvadāšanai pasažieri. Visbeidzot, 1827. gadā Baltimore un Ohio Railroad uzņēmums, B & B, tika piešķirta pirmā ASV harta gan kravas, gan pasažieru pārvadāšanai, izmantojot lokomotīves ar tvaika piedziņu.
Neskatoties uz hartas esamību, B & O cīnījās, lai atrastu tvaika dzinēju, kas varētu pārvietoties pa stāviem kalniem un nelīdzenu reljefu, liekot uzņēmumam paļauties galvenokārt uz zirgu vilktiem vilcieniem.
Glābšanai ieradās rūpnieks Pīters Kūpers, kurš piedāvāja bez maksas projektēt un būvēt tvaika lokomotīvi, par kuru, pēc viņa domām, zirgu vilktie vilcieni kļūs novecojuši. Kūpera radīšana, slavenā “Toms Īkšķis”Kļuva par pirmo amerikāņu būvēto tvaika lokomotīvi, kas kursēja uz komerciāli vadīta publiska dzelzceļa.
Kā izstrādājis Kūpers, Toms Īkšķis bija četru riteņu (0-4-0) lokomotīve ar vertikālu, ar oglēm darbināmu ūdens katlu un vertikāli uzstādītiem cilindriem, kas vadīja riteņus uz vienas no asīm. Sverot apmēram 810 mārciņas, lokomotīvei bija raksturīgas daudzas improvizācijas, ieskaitot katlu caurules, kas izgatavotas no šautenes mucām.
Protams, Coopera acīmredzamais dāsnums bija motīvs. Viņam tikko piederēja zemes gabala, kas atrodas uz B & O piedāvātajiem maršrutiem, vērtībā kas pieaugtu eksponenciāli, ja dzelzceļam, kuru darbina viņa Toma Īkša tvaika lokomotīves, izdodas.
1830. gada 28. augustā Kūpera Tomam Īsam tika veiktspējas testēšana B & O trasēs ārpus Baltimoras, Merilendas štatā, kad blakus esošajām sliedēm apstājās zirgu vilkts vilciens. Liekot necienīgu skatienu tvaika darbināmai mašīnai, zirga vilciena vadītājs izaicināja Tomu Īkšķi uz sacīkstēm. Redzot uzvaru šādā pasākumā kā lielisku un bezmaksas reklāmas modeli savam dzinējam, Kūpers labprāt pieņēma lēmumu un sacensības notika.
Toms Īkšķis ātri vien tika pie liela un augoša pārsvara, bet, kad viena no tā piedziņas jostām sabojājās, pārtraucot tvaika lokomotīves apstāšanos, sacīkstēs uzvarēja vecais uzticamais zirgu vilktie vilcieni.
Kamēr viņš bija zaudējis kaujā, Kūpers uzvarēja karā. B & B vadītāji bija tik iespaidoti par viņa dzinēja ātrumu un jaudu, ka viņi nolēma sākt izmantot viņa tvaika lokomotīves visos vilcienos.
Kamēr tas pārvadāja pasažierus vismaz līdz 1831. gada martam, Toms Īkšķis nekad netika nodots regulāram komerciālam pārvadājumam un 1834. gadā tika daļēji glābts.
B & O kļuva par vienu no lielākajiem un finansiāli veiksmīgākajiem dzelzceļiem Amerikas Savienotajās Valstīs. Pienācīgi gūstot labumu no savu tvaika mašīnu un zemes pārdošanas uz dzelzceļu, Pīters Kūpers baudīja ilgu investora un filantropista karjeru. 1859. gadā Kūpera saziedotā nauda tika izmantota bankas atvēršanai Koopera savienība zinātnes un mākslas attīstībai Ņujorkā.