扭矩

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扭矩是物理学中一个更广泛的课题，尽管它与汽车有关，但它在不同的应用中都有体现。旋转轴被定义为材料旋转的点。考虑打开一扇锁着的门的例子，扭矩被施加了三次。钥匙被转动以解锁，门把手被转动，门被推开。扭矩被称为半径矢量的乘积，用符号 T 表示。

在理解汽车的速度、力或功率时，通常会考虑扭矩。在跷跷板的情况下，一个体重较重的人的力臂比一个体重较轻的人的力臂小。重物通过坐在靠近支点的位置来帮助减少扭矩。由于力臂较小，因此扭矩减小，允许较轻的重量拉动较大的物体。

什么是扭矩？

扭矩也被描述为力矩，它具有使施加其的物体移动的趋势。换句话说，力围绕旋转轴的转动作用被称为扭矩或力矩 (Zhu, Ralph & Buhrman, 2021)。扭矩的 SI 单位据说为 Nm。扭矩也被称为线性力的旋转等效物。

图 1：汽车中的扭矩

扭矩利用各种术语进行讨论，包括力矩和力矩。有助于产生运动的扭转力表现为扭矩。扭矩基本上是用来描述汽车功率的一个术语 (Andriani et al. 2020)。在日常生活中，它是活塞施加在曲轴上的力，导致曲轴和车轮在汽车中旋转。

扭矩的类型

扭矩被分为两种类型，包括动态扭矩和静态扭矩。

• 静态扭矩 - 它被定义为不产生角加速度的扭矩。当一个人关门时，会施加静态力，因为它在施加力之前不会移动。

图 2：扭矩

• 动态扭矩 - 从起跑线加速的赛车的驱动轴有助于承载动态扭矩。这是因为它必须产生车轮的角加速度，如果车辆沿着赛道完全加速。

扭矩和力的区别

特征	扭矩	力
解释	当对特定物体施加力时，它有助于使其围绕轴线移动。	一种使物体转变为运动的动作类型
加速度类型	角加速度	大多数情况下是线性加速度
方程式	T = F x r x sin(θ)	F = ma
公制测量单位	Nm（牛顿·米）	牛顿
英制测量单位	英尺磅	磅

表 1：扭矩和力的区别

用拇指规则确定扭矩

右手拇指规则用于识别扭矩矢量的方向。如果将弯曲的手绕旋转轴旋转，手指指向力的方向，则扭矩矢量的点在拇指方向。

• 将右手转到位置矢量的方向（r 和 d），然后手指在力的方向上，拇指在扭矩的方向上。
• 当 F 方向或 r 方向发生变化时，拇指方向会改变。如果两个方向都改变，则扭矩方向保持不变。

图 3：右手拇指规则

• 如果力的矢量大约为 0° 或 180°，则力可能不会影响旋转轴 (Kawaharazuka et al. 2019)。它可能会远离或朝向旋转轴，因为它方向相同。在这种情况下，扭矩的值为零。
• 对于产生垂直于情况的扭矩的最有效力的矢量是 θ = 90°。

扭矩：应用

扭矩的应用发生在周围，下面列出了一些主要的应用 -

• 扳手 - 当使用扳手松开或拧紧螺栓上的螺母时，会围绕螺母旋转轴施加拉力。它有助于允许扭矩旋转或启动 (Li et al. 2019)。由于多个力同时作用，因此必须考虑总力的加和，并乘以从力的作用点到支点的方向，以获得扭矩量。

图 4：扭矩（力矩）

在平衡状态下，T₁ = T₂，

F₁ x L₁ = F₂ x L₂ 并且扭矩有助于平衡力乘以距离，T = F x L。

• 方向盘 - 与 18 轮卡车相比，汽车的方向盘通常较小，因为转动 18 轮卡车需要比转动汽车更大的力 (Huang et al. 2021)。通过从支点最大化方向盘的半径，可以最大程度地减少应用扭矩所需的力，从而使卡车司机能够轻松地移动方向盘。

结论

扭矩是一个极其重要的物理概念，它有助于理解物体是如何旋转的。扭矩不仅用于汽车，还应用于从跷跷板到复杂机械等无数事物中。扭矩往往会在广告和宣传中给客户留下深刻印象，并诱使他们相信更大总是更好。还有一个在线扭矩转换器，它有助于更详细地理解这个概念，并允许在不同的测量系统中查看扭矩值。

常见问题解答

Q1. 为什么汽车会加速？

每分钟的转速功率和扭矩乘积是马力。曲轴以相同的力量旋转得越快，发动机产生的功率就越大。与扭矩相比，具有更大马力的汽车速度更快，因为它提供速度和加速度。

Q2. 扭矩的公式是什么？

扭矩表示为 T= F x r x sin (θ)。根据此公式，F 是线性力，r 是旋转轴与力的作用点之间的距离，θ 表示 r 和 F 之间的角度。

Q3. 为什么扭矩不是能量？

扭矩不是能量，因为它是一个矢量量。它恰好具有相似的单位。

Q4. 扭矩在哪些地方发挥着重要作用？

扭矩在日常生活的各个阶段都发挥着重要作用。操场的跷跷板、打开可乐瓶、方向盘和汽车引擎都是扭矩在起作用的例子。