从网友提问的统计数字来看,出现频率最高的问题是要求解释什么是力矩,力矩与功率的关系是什么。为此,本网特别邀请了大学理工科有多年教学经验的教授,深入浅出地为大家谈一谈。


再谈力、力距和功率

力是大家熟悉的名词。大家知道,牛拉犁向前走的时候,牛对犁施加了力。牛拉磨的时候,牛对磨施加的就是力矩。力使物体发生移动,而力矩使物体发生转动。力矩也称为扭力、转矩。力矩的大小由两个量的乘积来表示:力乘以力到转动中心的距离。力到转动中心的距离又称为“力臂”。

为什么要考虑力到转动中心的距离呢?想一想您用扳手拧紧螺丝的时侯,不改变手用力的大小,扳手越长,效果越好(力矩越大)。所以,使物体发生转动的力矩的大小就被定义为:力乘以力臂。由于力的单位是“牛顿”,力臂的单位是“米”,力矩的单位就是“牛顿米”了。

那么,功率和力矩的关系是什么呢?力矩作用在物体上,使物体发生了转动,我们就说,力矩做了“功”。单位时间做功的多少用“功率”来表示。有力矩是做功的前提,但是,有力矩不一定做功。两头牛一起拉磨,如果方向相反,磨就拉不动了,这时是光有力矩没做功。

力矩大是不是功率就大呢?也不一定。想一想用轱辘打井水,用大吊桶,需要的力矩大,用小吊桶,需要的力矩小。但是,如果转动轱辘的速度快,在同样的时间里,小吊桶打上来的水的总量也可以超过大吊桶。大车的行驶阻力比较大,小车的行驶阻力比较小,但是大车走100公里用了两小时,小车走同样的路程只要半小时,小车的功率就可能比大车大。

有的网友问,有了“最大功率”作为汽车的性能指标,为什么还要有“最大扭距”呢?其实,从上面的分析就可以知道,功率和力矩是两个不同的物理量,反映汽车发动机性能的不同侧面。两辆功率相同的汽车赛跑,甲车比乙车强,而要它们拔河,乙车就可能比甲车强了。

实际上,“最大功率”和“最大扭距”还应该同时表明相应的转速,因为在不同的速度下,发动机的力矩是不同的,发出的功率也是不同的。例如上海桑塔纳2000GLI型轿车的最大功率是72千瓦/5200转/分,而最大扭距是150牛顿米/3100转/分,两者的转速有明显的差别。(2000.12.13)

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