扭矩

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扭矩是物理學中一個更廣泛的課題，儘管它與汽車有關，但它在不同的應用中都有體現。旋轉軸被定義為材料旋轉的點。考慮開啟一扇鎖著的門的例子，扭矩被施加了三次。鑰匙被轉動以解鎖，門把手被轉動，門被推開。扭矩被稱為半徑向量的乘積，用符號 T 表示。

在理解汽車的速度、力或功率時，通常會考慮扭矩。在蹺蹺板的情況下，一個體重較重的人的力臂比一個體重較輕的人的力臂小。重物透過坐在靠近支點的位置來幫助減少扭矩。由於力臂較小，因此扭矩減小，允許較輕的重量拉動較大的物體。

什麼是扭矩？

扭矩也被描述為力矩，它具有使施加其的物體移動的趨勢。換句話說，力圍繞旋轉軸的轉動作用被稱為扭矩或力矩 (Zhu, Ralph & Buhrman, 2021)。扭矩的 SI 單位據說為 Nm。扭矩也被稱為線性力的旋轉等效物。

圖 1：汽車中的扭矩

扭矩利用各種術語進行討論，包括力矩和力矩。有助於產生運動的扭轉力表現為扭矩。扭矩基本上是用來描述汽車功率的一個術語 (Andriani et al. 2020)。在日常生活中，它是活塞施加在曲軸上的力，導致曲軸和車輪在汽車中旋轉。

扭矩的型別

扭矩被分為兩種型別，包括動態扭矩和靜態扭矩。

• 靜態扭矩 - 它被定義為不產生角加速度的扭矩。當一個人關門時，會施加靜態力，因為它在施加力之前不會移動。

圖 2：扭矩

• 動態扭矩 - 從起跑線加速的賽車的驅動軸有助於承載動態扭矩。這是因為它必須產生車輪的角加速度，如果車輛沿著賽道完全加速。

扭矩和力的區別

特徵	扭矩	力
解釋	當對特定物體施加力時，它有助於使其圍繞軸線移動。	一種使物體轉變為運動的動作型別
加速度型別	角加速度	大多數情況下是線性加速度
方程式	T = F x r x sin(θ)	F = ma
公制測量單位	Nm（牛頓·米）	牛頓
英制測量單位	英尺磅	磅

表 1：扭矩和力的區別

用拇指規則確定扭矩

右手拇指規則用於識別扭矩向量的方向。如果將彎曲的手繞旋轉軸旋轉，手指指向力的方向，則扭矩向量的點在拇指方向。

• 將右手轉到位置向量的方向（r 和 d），然後手指在力的方向上，拇指在扭矩的方向上。
• 當 F 方向或 r 方向發生變化時，拇指方向會改變。如果兩個方向都改變，則扭矩方向保持不變。

圖 3：右手拇指規則

• 如果力的向量大約為 0° 或 180°，則力可能不會影響旋轉軸 (Kawaharazuka et al. 2019)。它可能會遠離或朝向旋轉軸，因為它方向相同。在這種情況下，扭矩的值為零。
• 對於產生垂直於情況的扭矩的最有效力的向量是 θ = 90°。

扭矩：應用

扭矩的應用發生在周圍，下面列出了一些主要的應用 -

• 扳手 - 當使用扳手鬆開或擰緊螺栓上的螺母時，會圍繞螺母旋轉軸施加拉力。它有助於允許扭矩旋轉或啟動 (Li et al. 2019)。由於多個力同時作用，因此必須考慮總力的加和，並乘以從力的作用點到支點的方向，以獲得扭矩量。

圖 4：扭矩（力矩）

在平衡狀態下，T₁ = T₂，

F₁ x L₁ = F₂ x L₂ 並且扭矩有助於平衡力乘以距離，T = F x L。

• 方向盤 - 與 18 輪卡車相比，汽車的方向盤通常較小，因為轉動 18 輪卡車需要比轉動汽車更大的力 (Huang et al. 2021)。透過從支點最大化方向盤的半徑，可以最大程度地減少應用扭矩所需的力，從而使卡車司機能夠輕鬆地移動方向盤。

結論

扭矩是一個極其重要的物理概念，它有助於理解物體是如何旋轉的。扭矩不僅用於汽車，還應用於從蹺蹺板到複雜機械等無數事物中。扭矩往往會在廣告和宣傳中給客戶留下深刻印象，並誘使他們相信更大總是更好。還有一個線上扭矩轉換器，它有助於更詳細地理解這個概念，並允許在不同的測量系統中檢視扭矩值。

常見問題解答

Q1. 為什麼汽車會加速？

每分鐘的轉速功率和扭矩乘積是馬力。曲軸以相同的力量旋轉得越快，發動機產生的功率就越大。與扭矩相比，具有更大馬力的汽車速度更快，因為它提供速度和加速度。

Q2. 扭矩的公式是什麼？

扭矩表示為 T= F x r x sin (θ)。根據此公式，F 是線性力，r 是旋轉軸與力的作用點之間的距離，θ 表示 r 和 F 之間的角度。

Q3. 為什麼扭矩不是能量？

扭矩不是能量，因為它是一個向量量。它恰好具有相似的單位。

Q4. 扭矩在哪些地方發揮著重要作用？

扭矩在日常生活的各個階段都發揮著重要作用。操場的蹺蹺板、開啟可樂瓶、方向盤和汽車引擎都是扭矩在起作用的例子。