ما هي قوة الحصان وعزم الدوران وأين يقعان؟

لماذا نتحدث دائمًا عن قوة الحصان وعزم الدوران؟

عندما تفتح مجلة سيارات أو تستمع إلى بائع يقدم سيارة جديدة في معرض للسيارات،قوة حصانية"و"عزم الدوران"القوة" و"عزم الدوران" مصطلحان لا مفر منهما. يقول البعض: "هذه السيارة تتمتع بعزم دوران قوي، مما يمنحك شعورًا رائعًا بالدفع عند الانطلاق"، بينما يقول آخرون: "هذه السيارة تتمتع بقوة حصانية عالية، تتجاوز بسهولة 250 كم/ساعة في سرعتها القصوى". ولكن ما هما بالضبط القدرة الحصانية وعزم الدوران؟ ما العلاقة بينهما؟ لماذا تؤثر نفس مؤشرات القوة هذه على أداء سيارات مختلفة تمامًا؟

---

1. قوة الحصان: وحدة قياس القدرة تطورت من المحركات البخارية إلى محركات الاحتراق الداخلي.

1.1 ولادة قوة الحصان: لاستبدال قوة عمل "الخيول"

وُلد مصطلح "قوة الحصان" بالتزامن مع تطور الثورة الصناعية. ففي نهاية القرن الثامن عشر، حسّن جيمس وات المحرك البخاري. ولتوضيح أهمية هذا الاختراع، احتاج إلى وحدة بديهية لوصف قوة المحرك البخاري. في ذلك الوقت، كان الحصان هو المصدر الأكثر شيوعًا للطاقة، فاقترح وات مفهوم "قوة الحصان".

لاحظ وات أن الحصان يستطيع رفع وزنه 330 رطلاً لمسافة 100 قدم في دقيقة واحدة (أي ما يعادل 181.4 كيلوغراماً تقريباً عند رفعه لمسافة 30.48 متراً)، مما عرّف "الحصان الإمبراطوري الواحد (hp) = 33,000 قدم-رطل في الدقيقة". لاحقاً، حُوّلت هذه الوحدة إلى النظام الدولي للوحدات (SI): الحصان الإمبراطوري الواحد ≈ 745.7 واط (W)، الحصان المتري الواحد (PS، قوة الحصان الألمانية) ≈ 735.5 واط.

1.2 جوهر قوة الحصان: مقياس للقوة

من منظور فيزيائي، تُعدّ القدرة الحصانية وحدة قياس "القوة". تُعرّف القدرة بأنها "العمل المبذول في وحدة زمنية"، والصيغة هي:
القدرة = العمل ÷ الزمن

صيغة حساب "الشغل" هي "القوة × المسافة"، لذا يمكن التعبير عن القدرة أيضًا بـ "القوة × المسافة ÷ الزمن"، أو "القوة × السرعة". هذه العلاقة بالغة الأهمية للسيارات: فعندما تتحرك السيارة، يجب في النهاية تحويل قوة المحرك إلى حاصل ضرب القوة المحركة للعجلات في السرعة - فكلما زادت السرعة، زادت القدرة اللازمة للحفاظ على تلك السرعة.

1.3 تطور قوة حصان السيارة: من رقم واحد إلى آلاف

منذ أن حل محرك الاحتراق الداخلي محل المحرك البخاري كمصدر أساسي للطاقة في السيارات، شهدت زيادة القدرة الحصانية قفزة نوعية في تكنولوجيا السيارات. فيما يلي نقاط بيانات نموذجية لفترات زمنية رئيسية (الجدول 1):

الفترة الزمنية	النماذج النموذجية	قوة الحصان (حصان)	الخلفية التقنية
1886	سيارة بنز باتنت موتورفاجن	0.75	محرك بنزين أحادي الأسطوانة، سعة 0.954 لتر.
عشرينيات القرن العشرين	فورد موديل T (طراز لاحق)	20	محرك رباعي الأسطوانات، تكنولوجيا الإنتاج الضخم
خمسينيات القرن العشرين	شيفروليه كورفيت C1	195	محرك V8، تقنية المكربن
سبعينيات القرن العشرين	فيراري 365 GTB/4 (دايتونا)	352	محرك V12 عالي السرعة، حقن وقود ميكانيكي
التسعينيات	مكلارين F1	627	محرك V12 بسحب الهواء الطبيعي، هيكل من ألياف الكربون
عشرينيات القرن الحادي والعشرين	تيسلا موديل S بلايد	1020	محرك كهربائي، نظام ثلاثي الدفع

الجدول 1: مقارنة بيانات القدرة الحصانية للنماذج النموذجية من عام 1886 إلى عام 2020

وتظهر البيانات أن قوة حصان السيارات زادت بمقدار 1360 مرة في أكثر من 130 عامًا، وذلك بفضل الاختراقات في تقنيات مثل حقن الوقود، والشحن التوربيني، والكهرباء.

---

II. عزم الدوران: "القوة الدورانية" التي تدفع العجلات إلى الدوران.

2.1 تعريف عزم الدوران: القوة التي تسبب دوران الجسم.

عزم الدوران هو القوة التي تُسبب دوران الجسم حول محوره. على سبيل المثال، عند شد برغي بمفتاح ربط، كلما زاد طول المفتاح (أي طول ذراع الرافعة)، زاد عزم الدوران الناتج عن نفس القوة. الصيغة هي:
عزم الدوران = القوة × طول ذراع الرافعة

في السيارة يتم توليد عزم الدوران بواسطة المحرك من خلال...العمود المرفقييُقاس عزم الدوران الناتج عادةً بوحدة نيوتن متر (N·m) أو رطل قدم (lb·ft). وهو يُحدد مباشرةً قدرة العجلات على دفع هيكل السيارة - فكلما زاد عزم الدوران، زادت قوة اندفاع السيارة عند السرعات المنخفضة، مثل صعود التلال، أو حمل الأحمال الثقيلة، أو التسارع من وضع السكون.

2.2 العلاقة بين عزم الدوران وقوة الحصان: بُعدان للقوة

القدرة الحصانية وعزم الدوران ليسا ظاهرتين معزولتين؛ فهما مرتبطتان ارتباطًا وثيقًا من خلال "سرعة الدوران". في الفيزياء، الصيغة التي تربط القدرة وعزم الدوران وسرعة الدوران هي:
القدرة (كيلوواط) = عزم الدوران (نيوتن·متر) × السرعة (دورة في الدقيقة) ÷ 9549
(تحويل إلى قوة حصانية إمبراطورية: 1 حصان = عزم الدوران (رطل·قدم) × سرعة المحرك (دورة في الدقيقة) ÷ 5252)

تكشف هذه الصيغة عن مبدأ أساسي:القوة هي نتاج عزم الدوران وسرعة الدوران.يمكن أن يكون نفس خرج الطاقة إما "عزم دوران منخفض + عدد دورات في الدقيقة مرتفع" (مثل محرك السباق) أو "عزم دوران مرتفع + عدد دورات في الدقيقة منخفض" (مثل محرك الديزل).

2.3 خصائص عزم الدوران: "شخصية" المحركات المختلفة

تتمتع أنواع المحركات المختلفة بمنحنيات عزم دوران مختلفة بشكل كبير (العلاقة بين عزم الدوران والسرعة)، مما يحدد سيناريوهات تطبيقها:

محرك ديزليمكن توليد عزم دوران عالٍ عند السرعات المنخفضة (عادةً ما يصل إلى ذروته عند 1500-3000 دورة في الدقيقة)، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات الجرّ والاستخدامات الشاقة (مثل الشاحنات ومركبات الطرق الوعرة). على سبيل المثال، يبلغ عزم دوران محرك الديزل 3.3T في سيارة تويوتا لاند كروزر 2020 الأقصى 650 نيوتن متر (2000-3000 دورة في الدقيقة).

محرك ذو سحب طبيعييزداد عزم الدوران تدريجيًا مع سرعة المحرك، ويصل عادةً إلى ذروته بين 4000 و6000 دورة في الدقيقة، وهو مناسب لإنتاج طاقة متوازنة (كما هو الحال في السيارات العائلية). على سبيل المثال، يبلغ عزم دوران محرك هوندا سيفيك 1.8 لتر موديل 2010 174 نيوتن متر (4300 دورة في الدقيقة).

محرك توربينيباستخدام شاحن توربيني لسحب الهواء، يُمكن توليد عزم دوران عالٍ ضمن نطاق واسع من دورات المحرك (مثلاً، من 2000 إلى 5000 دورة في الدقيقة)، مما يُوازن بين قوة المحرك عند سرعات منخفضة وأداء عالي (كما هو الحال في سيارات الأداء العالي). على سبيل المثال، يبلغ عزم دوران محرك 3.0T في سيارة BMW M3 موديل 2023 الأقصى 650 نيوتن متر (من 2750 إلى 5500 دورة في الدقيقة).

---

ثالثًا: أمثلة على منحنيات عزم الدوران والقدرة الحصانية

دورة في الدقيقة	عزم الدوران (نيوتن متر)	قوة الحصان (حصان)	يوضح
1000	80	15	سرعة دوران منخفضة، عزم دوران مرتفع عند البدء
2000	100	38	يزداد عزم الدوران، وتزداد قوة الحصان تدريجيًا
3000	120	68	منطقة عزم الذروة
4000	115	87	استقرار عزم الدوران
5000	110	105	نقطة التقاطع (حوالي 5252 دورة في الدقيقة)
6000	100	114	هيمنة قوة الحصان
7000	90	120	دورات عالية في الدقيقة، ذروة القدرة الحصانية
8000	80	122	قبل الخط الأحمر
9000	70	120	انخفاض عزم الدوران

قوة الحصان وعزم الدوران هما مفهومان متكاملان: عزم الدوران هو القوة، في حين أن قوة الحصان هي السرعة.

---

رابعًا: جوهر السرعة القصوى: لماذا تُعدّ قوة الحصان أهم من عزم الدوران؟

4.1 القيود المادية للسرعة القصوى: معركة بين السحب والقوة

تشير السرعة القصوى للسيارة إلى السرعة التي تتوازن بها طاقة المحرك مع مقاومة الأجزاء المتحركة. تشمل هذه المقاومة بشكل أساسي ما يلي:

• مقاومة التدحرجإن الاحتكاك بين الإطارات والأرض يتناسب طرديا مع وزن السيارة، كما أن التغيرات في السرعة لها تأثير ضئيل عليها.
• مقاومة الهواءوهو يتناسب مع مربع السرعة (الصيغة: F_air = 0.5 × ρ × A × Cd × v²، حيث ρ هي كثافة الهواء، وA هي المساحة الأمامية، وCd هو معامل السحب، وv هي السرعة).

عندما تتجاوز سرعة السيارة 100 كم/ساعة، تصبح مقاومة الهواء هي المقاومة الأساسية، وتزداد بشكل حاد مع السرعة. عند هذه النقطة، يحتاج المحرك إلى قوة كافية للتغلب على مقاومة الهواء، ويمكن استنتاج العلاقة بين القوة والسرعة من المعادلة التالية: "القوة = المقاومة × السرعة":
P = F_air × v = 0.5 × ρ × A × Cd × v³

هذا يعنى:مكعب السرعة يتناسب طرديا مع القدرة.بمعنى آخر، إذا كنت تريد زيادة السرعة القصوى من 200 كم/ساعة إلى 300 كم/ساعة (زيادة قدرها 50%)، فيجب زيادة القوة المطلوبة إلى 3.375 مرة (1.5³) من القوة الأصلية - وهذا هو التأثير الحاسم لقوة الحصان (القوة) على السرعة القصوى.

4.2 لماذا يكون لعزم الدوران تأثير محدود على السرعة القصوى؟

يُحدد عزم الدوران "قوة المحرك" عند عدد دورات في الدقيقة محدد، ولكنه لا يُحدد السرعة القصوى مباشرةً. على سبيل المثال، قد تمتلك مركبة للطرق الوعرة عزم دوران كبير يبلغ 600 نيوتن متر، ولكن نظرًا لامتلاكها 300 حصان فقط، فإن سرعتها القصوى غالبًا لا تتجاوز 180 كم/ساعة؛ بينما يمكن لسيارة رياضية بقوة 600 حصان، حتى لو كان عزم دورانها 500 نيوتن متر فقط، أن تتجاوز 300 كم/ساعة بسهولة.

السبب هو أن عزم الدوران يجب أن يتحد مع سرعة المحرك لتحويله إلى قوة. لتوليد عزم دوران عالٍ، عادةً ما تكون سرعة محرك مركبة الطرق الوعرة منخفضة (أقل من 4000 دورة في الدقيقة مثلاً)، ولأن القوة = عزم الدوران × سرعة المحرك، فإن القوة تكون محدودة؛ من ناحية أخرى، يمكن لمحركات السيارات الرياضية توليد قوة عالية حتى مع عزم دوران متوسط عند التشغيل بسرعات عالية (أعلى من 8000 دورة في الدقيقة مثلاً).

4.3 دراسة حالة: مقارنة السرعات القصوى مع معلمات الطاقة المختلفة

فيما يلي مقارنة بين بيانات ثلاثة أنواع مختلفة من المركبات (الجدول 2)، والتي توضح بشكل مباشر العلاقة بين قوة الحصان والسرعة القصوى:

نموذج	قوة الحصان (حصان)	عزم الدوران (نيوتن متر)	السرعة القصوى (كم/ساعة)	الميزات الرئيسية
تويوتا لاند كروزر 300	304	650	190	محرك ديزل عالي عزم الدوران ومنخفض السرعة
بي ام دبليو M4 كومبتيشن	510	650	290	محرك بنزين توربيني عالي القدرة
بوغاتي تشيرون بور سبورت	1500	1600	350	قوة حصانية عالية للغاية، محرك W16 رباعي التوربو

مقارنة السرعة القصوى لنماذج مختلفة من حيث قوة الحصان/عزم الدوران

كما يمكن أن نرى، فإن لاند كروزر وM4 لديهما نفس عزم الدوران، ولكن M4 لديها 681 TP3T أكثر قوة حصانية و521 TP3T أكثر سرعة قصوى؛ Chiron لديها 2.9 مرات قوة حصانية من M4 و211 TP3T أكثر سرعة قصوى، وهو ما يتوافق مع القاعدة التي تقول "القوة تحدد السرعة القصوى".

---

خمسة،التعريف الأساسي

قوة الحصان (HP)
الصيغة لقياس "كفاءة العمل الكلية" للمحرك هي كما يلي:عزم الدوران × السرعة ÷ 5252كلما زادت القيمة، كان أداء السيارة عند السرعة القصوى أقوى (على سبيل المثال، تسعى السيارات الرياضية إلى الحصول على قوة حصانية عالية).

عزم الدوران (نيوتن متر/دورة في الدقيقة)
تُقاس القدرة اللحظية للمحرك بعزم دوران عمود المرفق. كلما ارتفعت القيمة، زادت قوة التسارع وقدرته على تحمل الأحمال (على سبيل المثال، تتطلب الشاحنات/مركبات الطرق الوعرة عزم دوران عالٍ).

الاختلافات الرئيسية

سمة مميزة	قوة حصانية	عزم الدوران
تأثير	تحديد السرعة القصوى	تحديد التسارع/الحمل اللحظي
توقيت الإخراج	مهم عند السرعات العالية	يمكن أن تنفجر بسرعة منخفضة
سيناريوهات التطبيق	رحلة بحرية على الطريق السريع	تسلق التلال/سحب الأشياء الثقيلة

---

سادسا. الخاتمة: تقسيم العمل والتنسيق بين القدرة الحصانية وعزم الدوران

قوة الحصان وعزم الدوران هما مؤشران أساسيان يصفان قوة السيارة، لكنهما يخدمان وظيفتين مختلفتين:

• عزم الدورانإنه مظهر من مظاهر "الانفجار اللحظي للقوة"، والذي يحدد تسارع بدء تشغيل السيارة، وقدرتها على التسلق، وقدرتها على تحمل الحمل، مما يجعلها مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب "عدد دورات في الدقيقة منخفض وحمل مرتفع" (مثل الطرق الوعرة والقطر).
• قوة حصانيةإن "قدرة الأداء لكل وحدة زمنية" هي التي تحدد السرعة القصوى التي يمكن أن تصل إليها المركبة، مما يجعلها مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب "تشغيلًا عالي السرعة بشكل مستمر" (مثل حلبات السباق والطرق السريعة).

على مر تاريخ السيارات، ازدادت قوة الحصان بسرعة أكبر بكثير من عزم الدوران، ويرتبط ذلك ارتباطًا مباشرًا بسعي البشرية نحو سرعات أعلى. ومع بزوغ عصر السيارات الكهربائية، تُعيد خصائص "عزم الدوران العالي + القدرة العالية" للمحركات الكهربائية صياغة فهمنا للقوة - ولكن بغض النظر عن التطور التكنولوجي، يبقى القانون الفيزيائي الأساسي القائل بأن "القوة تُحدد السرعة القصوى" ثابتًا.

إن فهم جوهر قوة الحصان وعزم الدوران لا يساعدنا فقط في اختيار السيارات الأفضل، بل يسمح لنا أيضًا برؤية القوة الدافعة الأساسية للتقدم التكنولوجي في مجال السيارات: من "جيد بما فيه الكفاية" إلى "أقوى"، ومن "قوي" إلى "فعال"، فإن استكشاف البشرية للقوة لا ينتهي.

قراءة إضافية:

• احتياطات القيادة في المطر
• 10 طرق لزيادة قوة حصان السيارة