馬力(単位)- 1馬力ではない馬の力

輓馬農耕馬農場

車をはじめとするエンジンを使う機械で用いられる 「馬力」。

馬力は仕事率の単位ですが、国際単位系 (SI)には含まれていません。そのため公式には「馬力」は用いられず、SIで定められているキロワット (kW)が使われます。

しかし「馬の力」という力強いイメージからか、200馬力、280馬力といった単位が併記されているのを日常的に目にします。

では、1馬力とはどのくらいの力なのでしょう。

1馬力とは

現在の日本で用いられている1馬力はフランス馬力で、単位記号はPSです。PSはドイツ語の Pferdestärke の略。Pferdは馬、Stärkeが力なので、文字通り馬力です。

英語では文字通り馬力 HP(Horse Power) と表記されますが、同じ馬力でも単位が違うために使い分けられています。

日本の1馬力(1PS)は、 ワットに換算すると735.5W。

200馬力(PS)なら147.1kW(キロワット)にあたります。

 

フランス馬力(PS)は75 kgのものを1秒間 に 1m 持ち上げられる「仕事率(パワー)」を表しています。横に引っぱる力ではなく、縦方向に持ち上げる力です。

馬力・ホースパワーの定義

 

馬力は「1秒間にものをどれだけ動せるか」という仕事率なので、一定期間動かした結果は仕事(量)になります。

ちょっと分かりにくいですね。

75kg のバーベルを1m持ち上げるボディービルダーを例に考えてみます。

時間がどれだけかかろうが、75kgのバーベルを1m持ち上げるという結果は変わりません。1m持ち上げるのに必要な”力”を「仕事」といいます。

一方、仕事率は1秒間にどれだけの力を発揮したかの尺度です。75kgのバーベルを1秒で1m持ち上げたボディービルダーは1馬力、10秒かけて持ち上げた場合は0.1馬力を10秒間発揮したことになります。

仕事 → 結果として使われたすべての”力”

仕事率 → 1秒間に使われた”力”

1馬力で1時間75kg の男の人を持ち上げ続けると 1m x 3600 で3.6kmの高さまで達します。1馬力の力で1時間持ち上げられると、富士山の山頂まで届くことになります。

ボディービルダーは1馬力の力を1時間出し続けるのは無理!ですが、馬なら余裕ということですね。

 

単位としての馬力

馬力にはイギリスとフランスのもので定義が異なり、日本では仏馬力を用いています。

フランス馬力 (PS):735.498 75 W(日本では735.5ワット)
イギリス馬力 (HP):745.699 871 582 270 22 W

イギリス馬力の定義

馬力の発祥の地イギリスではヤード・ポンド法が用いられていたことから、ポンドを基準として定義されています。

イギリス馬力 (HP):745.699 871 582 270 22 W

単位記号はHP(Horse Power)

1秒間に550重量ポンド (lbf) の重量を1フィート (ft) 動かすときの仕事率と定義されています(550 lbf·ft/s)。

550ポンドという数字は実際の馬の仕事から、馬は一秒間にこのくらいの仕事率をこなしているだろうとジェームズ・ワットが「決めた」ものです。

フランス馬力の定義

フランス馬力は上にも書いたように、75 kgのものを1秒間 に 1m 持ち上る仕事率です。

1仏馬力 (1PS) = 735.5 ワット(日本)

(正確には735.498 75 W)

単位記号はPS(ドイツ語:Pferdestärke)。

1馬力を一般に使われる 1kW に換算すると、1.36馬力になります。

もともとイギリスの単位を1フィートあたり1メートル当たりに変換した上で、ポンドを kg の切りのいい数字にしたら、75kgだったということです。

 

イギリスポンドは1秒間に550重量ポンド (lbf) の重量を1フィート (ft) 動かすときの仕事率と定義されています(550 lbf·ft/s)。

重さも距離も単位系が異なるのでややこしいですが、1ポンドは0.45kg、フィートは0.3m。

大雑把な計算ですが、550ポンドは248kgに相当します。動かした距離1フィートは1メートルあたりに換算すると1/3.3。

1秒間に248kgを1フィート持ち上げる。1フィートを1メートルに換算すると3.3倍の距離が必要になります。となると248kgも必要はなく、1/3.3の重さのものでいいため、248/3.3≒75kgということになります。

 

ついでに W(ワット) の定義

1 ワット(W) は1秒間に1ジュールの仕事が行われるときの仕事率。1ジュールは102gのものを1m持ち上げる仕事です。

こんな定義を見ても分かりにくいですね。

電気の場合は、V(ボルト)×A(アンペア)がW(ワット)になります。

電圧が 100V の日本で 10アンペアの家電を使うと、100V×10=1000W

1000W = 1kW なので、10アンペアを使うと1kWということになります。

30Aの家庭なら、3kWでブレーカーが上がることになります。馬力に換算すると4馬力にあたります。

 

馬力は継続できる仕事率

18世紀に蒸気機関を発明したジェームズ・ワットは、当時さまざまな場所で動力として使われていた馬の力と比較することで、自らの製品の優秀性をアピールして売り込もうとしました。

これまで述べてきたように馬力は瞬発力ではなく、一定期間継続的に発揮できる仕事率を表しています。ワットは鉱山で4時間働くポニー発揮する力を計算し、普通の馬ならその1.5倍の力があるだろうと「馬力」を定義しました。

つまりワットが定義した馬力は、労働力としての馬が4時間という一定の間に平均的に発揮できる仕事率ということです。現代から考えると想像しにくいことですが、馬が動力源であった当時は持続力は重要でした。

ワットの見積もりはかなり甘いとされていますが、機械の優秀性をアピールできればよかったため、そう厳密に考えていたわけではないようです。

そもそも1トン近くある大型の輓馬と 200kg そこそこのポニーとでは、その力は全く違います。あくまで目安として単位を作ったと考える方がよいでしょう。

馬力は馬が継続して発揮できる力(仕事率)です。馬の瞬発力はもっと大きく、競走馬なら15~20馬力程度(仏馬力)が出せるとされています。

 

仕事率の具体例

人間1馬力継続的に発揮できる仕事率は0.1 – 0.2馬力程度
原動機付自転車4.5 – 7.5馬力
競走馬15 – 20馬力継続的に発揮できる仕事率は2 – 3馬力程度
軽自動車40 – 64馬力自動車馬力規制(1987年)による上限
四輪自動車64 – 300馬力ものによっては1000馬力を超す
大型トラック、大型バス250 – 600馬力世界最大のものは4000馬力
F1カー700馬力
零式艦上戦闘機1130馬力22型・52型栄 (エンジン)
蒸気機関車1400馬力国鉄D51形蒸気機関車
戦車1500馬力(約)機密扱いの為正確な数値は不明
貨物列車2000 – 8000馬力
小 – 中型ヘリコプター124 – 3600馬力小型機:R22 – 中型機:UH-60
大型輸送ヘリコプター1万2300 – 2万2480馬力CH-46 – Mi-26(世界最大)
新幹線2万3200馬力N700系電車16両編成
プロペラ機200 – 2万馬力

馬力 – Wikipedia

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