Los caballos de fuerza son una unidad de potencia y las millas por hora son una unidad de velocidad. La física nos dice que la potencia y la velocidad (o velocidad) están relacionadas por la ecuación Potencia = Fuerza • Velocidad. Según esta relación, todo lo que necesitamos saber es la fuerza que se ejerce sobre un cuerpo para poder convertir entre su potencia y la velocidad a la que viaja. Sin embargo, la fuerza, también conocida como empuje, no siempre es fácil de determinar. Una forma de hacerlo es medir la masa del objeto, hacer una prueba de aceleración y aplicar la Segunda Ley de Newton.
¿Qué son los caballos de fuerza?
El término "caballos de fuerza" fue introducido por James Watt, uno de los primeros desarrolladores de la máquina de vapor. Acuñó el término para medir la potencia de una máquina, o la cantidad de trabajo que era capaz de realizar en un período de tiempo determinado. En física, el trabajo es la cantidad de fuerza necesaria para mover un objeto a cierta distancia. Basado en su observación de los caballos, Watt definió un caballo de fuerza como 33,000 libras-pie / minuto, o 550 libras-pie / segundo. En el sistema métrico, la unidad de potencia es el vatio, que lleva el nombre de Watt, y 1 caballo de fuerza es igual a 746 vatios o 0,746 kilovatios.
Fuerza de medición
Quizás le interese saber qué tan rápido un automóvil con un motor que desarrolla una cierta cantidad de los caballos de fuerza pueden ir, pero solo puede determinar la relación entre la potencia y la velocidad en un caso por caso. Esto se debe a que el valor de la fuerza que necesita conectar en la ecuación que relaciona la potencia y la velocidad depende del peso del automóvil y de la rapidez con la que acelera. Estas son variables. Para ilustrar, hagamos un ejemplo con un cupé Maserati GranTurismo 2017, que tiene un peso en vacío de 4,145 libras. y un motor V8 que desarrolla 454 caballos de fuerza.
Para medir la fuerza, o el empuje, primero debes encontrar la masa del automóvil. Cuando lo pesas, en realidad no obtienes la masa, sino el peso, que es la masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, que es 32 pies / segundo.2. Si mide el peso en libras, divida ese número entre 32 pies / segundo2 para obtener la masa en unidades llamadas babosas. La masa de nuestro Maserati es de unas 130 babosas.
Ahora es el momento de hacer una prueba de aceleración para determinar cuánto tiempo le toma al automóvil alcanzar una velocidad de 60 millas por hora desde parado. Convierta esa velocidad final a pies / segundo y divídala por el tiempo que tardó en alcanzar esa velocidad. Eso te da la aceleración promedio. Ahora tiene todo lo que necesita para encontrar el empuje desarrollado por el motor porque, de acuerdo con la Segunda Ley de Newton, Fuerza (Empuje) = Masa • Aceleración.
Las pruebas de aceleración realizadas en el Maserati GranTurismo 2017 confirman que puede acelerar de 0 a 60 millas por hora (88 pies por segundo) en aproximadamente 5 segundos. Dividiendo la velocidad máxima en pies por segundo por 5 segundos, obtenemos una aceleración promedio de 17.6 pies / segundo2. Eso significa que el motor se desarrolla (130 babosas • 17,6 pies / s2) = 2,288 libras de empuje a máxima velocidad.
Relacionar los caballos de fuerza con la velocidad
Conoce la potencia nominal del motor y ahora conoce el empuje, por lo que puede calcular la velocidad a la que viajará el automóvil utilizando la relación: Velocidad = Potencia / Fuerza. Para llegar a una respuesta, observamos que 1 caballo de fuerza = 550 ft.-lb./s, y el motor desarrolla 454 HP, que es 249,700 ft.-lb./s. Dividimos eso por el empuje calculado en la prueba de aceleración. En consecuencia, el Maserati GranTurismo debería poder viajar a una velocidad de 109 pies / segundo, o un poco más de 74 millas por hora mientras desarrolla esa cantidad de empuje.
Un Maserati en realidad puede viajar a más de 74 millas por hora; el automóvil es conocido como uno de los automóviles más rápidos, si no el más rápido, del mundo. Sin embargo, no desarrollará su velocidad máxima mientras desarrolla esa cantidad de empuje. La velocidad y la fuerza están en una relación inversa, por lo que reducir la aceleración, lo que reduce la fuerza que el motor necesita ejercer, aumenta la velocidad. Si tienes un Maserati y quieres ver qué tan rápido realmente va, ten cuidado con el acelerador.