De oorsprong van de term 'paardenkracht'

Race tussen Peter Cooper's locomotief 'Tom Thumb' en een door paarden getrokken treinwagon, 1829. Printverzamelaar / Getty Images

Tegenwoordig is het algemeen bekend dat de term pk verwijst naar het vermogen van een motor. We zijn gaan aannemen dat een auto met een motor van 400 pk sneller gaat dan een auto met een motor van 130 pk. Maar met alle respect voor het edele ros, sommige dieren zijn sterker. Waarom scheppen we tegenwoordig bijvoorbeeld niet op over de ossenkracht of bullpower van onze motor?

James Watt verbetert de stoommachine

Schotse ingenieur James Watt wist dat hij iets goeds voor hem had in de late jaren 1760 toen hij met een sterk verbeterde versie van de eerste commercieel verkrijgbare stoommachine kwam Thomas Newcomen had ontworpen in 1712. Door een afzonderlijke condensor toe te voegen, elimineerde Watts ontwerp de constante kolenverspillende cycli van koelen en opwarmen die nodig waren voor de stoommachine van Newcomen.

Naast een ervaren uitvinder was Watt ook een toegewijd realist. Hij wist dat hij, om van zijn vindingrijkheid te kunnen profiteren, zijn nieuwe stoommachine moest verkopen - aan veel mensen.

Dus ging Watt weer aan het werk, dit keer om een ​​eenvoudige manier te bedenken om de kracht van zijn verbeterde stoommachine uit te leggen op een manier die zijn potentiële klanten gemakkelijk konden begrijpen.

Uitleggen hoe motoren paarden vervingen

Wetende dat de meeste mensen die de stoommachines van Newcomen bezaten ze gebruikten voor taken waarbij zware voorwerpen werden getrokken, geduwd of opgetild, herinnerde Watt zich een passage uit een vroeg boek waarin de auteur de potentiële energie-output had berekend van mechanische motoren die konden worden gebruikt om paarden voor dit soort klussen.

In zijn boek uit 1702 The Miner's Friend, Engelse uitvinder en ingenieur Thomas Savery heeft geschreven: Opdat een motor die evenveel water kan opwekken als twee paarden, die tegelijkertijd in zo'n werk samenwerken, kan doen, en waarvoor er voortdurend tien of twaalf paarden moeten worden gehouden om hetzelfde te doen. Dan zeg ik, zo'n motor kan groot genoeg worden gemaakt om het werk te doen dat nodig is om acht, tien, vijftien of twintig paarden in dienst te hebben die constant moeten worden onderhouden en gehouden om zo'n werk te doen ...

De term '10 pk' bedenken

Na een aantal zeer ruwe berekeningen te hebben gemaakt, besloot Watt te beweren dat slechts één van zijn verbeterde stoommachines voldoende vermogen kon produceren om 10 karrentrekkende paarden te vervangen - of 10 pk.

Voila! Terwijl de stoommachineactiviteiten van Watt groeiden, begonnen zijn concurrenten reclame te maken voor het vermogen van hun motoren in pk's, waardoor de term een ​​standaardmaatstaf werd voor het motorvermogen dat vandaag de dag nog steeds wordt gebruikt.

Bij het berekenen van de kracht van een enkel paard, begon Watt met het kijken naar molenpaarden aan het werk. Vastgesjord aan de spaken die aan de centrale aandrijfas van de molen waren bevestigd, draaiden de paarden de as door in een cirkel met een diameter van 24 voet te lopen, ongeveer 144 keer in een uur. Watt schatte dat elk paard duwde met een kracht van 180 pond.

Dit bracht Watt ertoe om te berekenen dat één pk gelijk was aan één paard dat 33.000 foot-pounds werk in één minuut zou doen. Om tot deze conclusie te komen, stelde Watt zich een enkel paard voor dat in 60 seconden een emmer water van 33 pond uit de bodem van een put van 1000 voet diep optilde. Die hoeveelheid werk, concludeerde Watt, stond gelijk aan één pk.

In 1804 had de stoommachine van Watt de Newcomen-motor vervangen, wat direct leidde tot de uitvinding van de eerste door stoom aangedreven locomotief.

Oh, en ja, de term watt, als een standaard meeteenheid voor elektrisch en mechanisch vermogen die bijna elke gloeilamp die tegenwoordig wordt verkocht, voorkomt, werd in 1882 genoemd ter ere van dezelfde James Watt.

Ironisch genoeg is één watt echter niet gelijk aan één pk. In plaats daarvan is 1000 watt (1,0 kilowatt) gelijk aan 1,3 pk, en een gloeilamp van 60 watt verbruikt 0,08 pk, of 1,0 pk is gelijk aan 746 watt.

Watt miste de echte 'paardenkracht'

Bij het beoordelen van zijn stoommachines op 10 pk had Watt een kleine fout gemaakt. Hij had zijn wiskunde gebaseerd op de kracht van Shetland- of pitpony's die, vanwege hun geringe omvang, doorgaans werden gebruikt om karren door de schachten van kolenmijnen te trekken.

Een bekende berekening in die tijd, een pitpony kon een kar gevuld met 220 pond steenkool 100 voet een mijnschacht in 1 minuut vervoeren, of 22.000 lb-ft per minuut. Watt nam toen ten onrechte aan dat gewone paarden minstens 50% sterker moeten zijn dan pitpony's, waardoor één pk gelijk is aan 33.000 lb-ft per minuut. In feite is een standaardpaard slechts iets krachtiger dan een pitpony of gelijk aan ongeveer 0,7 pk zoals tegenwoordig gemeten.

Eerste in Amerika gebouwde stoomlocomotief

In de begindagen van de Amerikaanse spoorwegen werden stoomlocomotieven, zoals die gebaseerd op de stoommachine van Watt, als te gevaarlijk, zwak en onbetrouwbaar beschouwd om menselijke passagiers te vervoeren. Eindelijk, in 1827, de Baltimore and Ohio Railroad Company, de B&O , kreeg het eerste Amerikaanse charter om zowel vracht als passagiers te vervoeren met behulp van stoomlocomotieven.

Ondanks het feit dat ze het charter hadden, had de B&O moeite om een ​​stoommachine te vinden die over steile heuvels en ruig terrein kon reizen, waardoor het bedrijf gedwongen was voornamelijk te vertrouwen op door paarden getrokken treinen.

De industrieel Peter Cooper kwam te hulp, die aanbood om, zonder kosten voor de B&O, een stoomlocomotief te ontwerpen en te bouwen die volgens hem door paarden getrokken treinstellen overbodig zou maken. Cooper's creatie, de beroemde klein Duimpje werd de eerste in Amerika gebouwde stoomlocomotief die op een commercieel geëxploiteerde openbare spoorlijn reed.

Replica van de vroege stoommachine van Baltimore en Ohio, Tom Thumb naast een moderne diesellocomotief. Wikimedia Commons / Publiek domein

Zoals ontworpen door Cooper, was de Tom Thumb een vierwielige (0-4-0) locomotief met een verticale, kolengestookte waterkoker en verticaal gemonteerde cilinders die de wielen op een van de assen aandreven. Met een gewicht van ongeveer 810 pond werd de locomotief gekenmerkt door een groot aantal improvisaties, waaronder ketelbuizen gemaakt van geweerlopen.

Natuurlijk zat er een motief achter Coopers schijnbare vrijgevigheid. Hij bezat toevallig een hectare land gelegen langs de voorgestelde routes van de B&O, waarvan de waarde exponentieel zou groeien als de spoorweg, aangedreven door zijn Tom Thumb-stoomlocomotieven, zou slagen.

Paard versus stoomrace

Op 28 augustus 1830 onderging Cooper's Tom Thumb prestatietests op de B&O-sporen buiten Baltimore, Maryland, toen een door paarden getrokken trein langszij stopte op de aangrenzende sporen. De machinist van de door paarden getrokken trein wierp de door stoom aangedreven machine een respectloze blik toe en daagde de Tom Thumb uit voor een race. Cooper zag het winnen van zo'n evenement als een geweldige en gratis reclameshowcase voor zijn motor, en accepteerde het gretig en de race was begonnen.

De Tom Thumb stoomde snel tot een grote en groeiende voorsprong, maar toen een van zijn aandrijfriemen brak, waardoor de stoomlocomotief tot stilstand kwam, won de oude betrouwbare paardentrein de race.

B&O keurt stoomlocomotieven goed

Terwijl hij de strijd had verloren, won Cooper de oorlog. Leidinggevenden van de B&O waren zo onder de indruk van de snelheid en het vermogen van zijn motor dat ze besloten zijn stoomlocomotieven in al hun treinen te gaan gebruiken.

Hoewel het passagiers tot ten minste maart 1831 vervoerde, werd de Tom Thumb nooit in de reguliere commerciële dienst geplaatst en werd hij in 1834 voor onderdelen geborgen.

De B&O groeide uit tot een van de grootste en financieel meest succesvolle spoorwegen in de Verenigde Staten. Peter Cooper profiteerde rijkelijk van de verkoop van zijn stoommachines en land aan de spoorwegen en genoot van een lange carrière als investeerder en filantroop. In 1859 werd door Cooper gedoneerd geld gebruikt om de Cooper Union voor de vooruitgang van wetenschap en kunst in New York City .