買車的時候，銷售人員總是告訴你這車排量是多少，功率是多少，扭矩是多少，可作為聽眾的你們，有多少人知道這個扭矩到底是個啥玩意兒?有的人說：扭矩是讓物體旋轉(zhuǎn)的力：有的人說：扭矩越大汽車的性能越好：還有的人說：扭矩是個虛擬的物理量……面對如此之多的說法《Geek》發(fā)現(xiàn)幾乎沒有人能夠完完整整將扭矩是什么告訴我們，扭矩究竟是個啥玩意兒?對于這個問題，我們在中學(xué)的物理教材上發(fā)現(xiàn)了它的定義：扭矩就是力矩的大小，等于力臂與力的乘積但是，對于這樣一句簡單得不能再簡單的解釋，《Geek》相信大多數(shù)朋友看了腦中還是一團(tuán)霧水，既然教材解決不了這個問題，那么現(xiàn)在《Geek》就來講講扭矩是個啥玩意兒。

扭矩的定義

通過中學(xué)物理教材上對扭矩的定義我們已經(jīng)知道，扭矩其實就是力矩。在物理學(xué)中，力矩是一個可以被理解為旋轉(zhuǎn)力或角力的物理量，可以導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)運動的改變。但是請各位朋友注意在這條定義中的“理解”二字，無論是扭矩還是力矩，它們都是只能被理解為力，實際上它們并不是力。既然扭矩不是力，那么它又是什么呢?要回答這個問題，我們必須從扭矩的歷史講起。

地球上最早對扭矩這個物理量產(chǎn)生興趣的人，就是那個因為高呼“尤里卡”口號的舉世聞名的裸奔者——阿基米德。他通過對杠桿的研究，將杠桿分為3個組成部分，分別是支點、動力臂與抗力臂。所謂的支點，其實就是杠桿繞著轉(zhuǎn)動的固定點。而動力臂則是因為推動杠桿運動的力叫做動力，所以支點到動力作用線之間的距離叫做動力臂：與之相對，抗力則是阻礙杠桿運動的力，支點到抗力作用線之間的距離叫做抗力臂。阿基米德在研究時發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為杠桿處于靜止或勻速旋轉(zhuǎn)時，該杠桿就處于平衡狀態(tài)。經(jīng)過研究它得出結(jié)論：要讓杠桿處于平衡狀態(tài)，必須滿足“動力臂×動力=抗力臂×抗力”這個條件。舉個簡單的例子，在一條長10米的杠桿上，杠桿的左端掛有一個質(zhì)量為4公斤的物體，其重力為9.8×4=39.2牛：而在杠桿的另一端則掛有個質(zhì)量為6公斤的物體，其重力為9.8×6=58.8牛。在這條杠桿上左右兩端物體的重力互為動力與抗力，如果要讓杠桿處于平衡狀態(tài)，那么它的支點必須設(shè)置在距左端6米的地方。這是因為要實現(xiàn)杠桿的平衡狀態(tài)，就必須滿足動力臂×動力=抗力臂×抗力這個條件，即6米×39.2牛=4米×58.8牛。通過這個例子各位朋友是不是覺得有些眼熟?沒有錯，動力臂×動力=抗力臂×抗力其實就是這條杠桿的力矩，也就是它的扭矩。也正因為阿基米德對杠桿的研究，后來人們將扭矩用希臘字母T表示。另外，當(dāng)杠桿處于平衡狀態(tài)時，動力與抗力都與杠桿保持垂直，所以扭矩被定義為杠桿端點到支點的距離乘以于杠桿端點垂直的力。由于杠桿的平衡狀態(tài)也可以是勻速旋轉(zhuǎn)運動，所以扭矩也可以被表述為物體上某一點到旋轉(zhuǎn)中心的距離乘以這一點上垂直方向的力。

扭矩的單位

通過對杠桿的分析，我們已經(jīng)知道扭矩的定義了?？煞浅Ｆ婀值氖?，根據(jù)前面我們對扭矩的定義，它的單位應(yīng)該為距離×力，即“米·?！保蔀槭裁次覀兛吹降膯挝淮蠖酁椤芭！っ住蹦?對于扭矩的單位中距離與力的次序，雖然根據(jù)數(shù)學(xué)原理是可以進(jìn)行互換的，但是互換后單位的含義就會發(fā)生改變，這樣的單位明顯是錯誤的。既然如此，我們?yōu)槭裁催€要堅持使用“牛·米”這樣的錯誤單位呢?其實，對于這個錯誤，其實人為造成的——罪魁禍?zhǔn)拙褪菄H重量測量局(Bureau Inlernational des Poids e Mesures)在制定國際單位時，強(qiáng)制規(guī)定在扭矩的單位中距離與力的次序為“?！っ住?。既然有這樣的規(guī)定，從此以后“?！っ住边@個錯誤的單位開始就被人們使用，時間一長也就習(xí)慣了。而扭矩的定義一般也就被表述為：扭矩就是力矩的大小，等于力與力臂的乘積。除了“?！っ住边@個大家常用扭矩的單位之外，在地球上的許多地方，特別是在歐洲與北美洲扭矩還有另外一種單位——“磅·英尺”(或者磅·英寸)。這一單位其實是“?！っ住钡淖冃巍，F(xiàn)在，我們先從“?！っ住敝械牧θ耸诌M(jìn)行換算。我們知道重力與質(zhì)量是可以進(jìn)行換算的，一般而言，質(zhì)量為1公斤的物體，其重力為9.8牛：而1公斤約等于2.20磅，也就是說質(zhì)量為1磅的物體，重力約等于4.54牛。1米約等于3.28英尺，所以將兩個單位進(jìn)行換算后即可得出1?！っ椎扔?.72磅英尺。

扭矩的方向

在用右手定則確定扭矩的方向時，請一定要將手懸空，否則與一些高速度旋轉(zhuǎn)的物體接觸，你的右手因此而被廢掉《Geek》可幫不了你。

在生活中，我們相信許多朋友都可以左右手協(xié)調(diào)配合做許多事情，甚至包括發(fā)生超友誼的關(guān)系?？墒窃谖锢韺W(xué)中，右手的作用可比左手大多了——根據(jù)右手定則，我們不僅可以用它來確定磁場的方向，而且我們還可以用它來確定扭矩的方向。對于一個旋轉(zhuǎn)的物體，我們伸出右手，四指并攏，在拇指與四指形成大致的直角之后，將四指順著扭轉(zhuǎn)的方向?qū)⑿D(zhuǎn)的物體的中心軸懸空握住，此時拇指對應(yīng)的方向就是扭矩的方向。既然我們可以通過右手定則，根據(jù)物體旋轉(zhuǎn)的方向來確認(rèn)扭矩的方向，那么改變扭矩的方向是可以改變物體旋轉(zhuǎn)的方向。在汽車倒車的時候，是否就是通過改變扭矩的方向來實現(xiàn)的呢?答案當(dāng)然不是這樣的，在汽車上，扭矩是由飛輪傳遞到變速箱，再由變速箱中的齒輪組改變傳動軸的旋轉(zhuǎn)方向，最后通過主減速器帶動車輪實現(xiàn)倒車的。而在這一系列過程中，扭矩的方向是沒有被改變的。在實際應(yīng)用中，有沒有例子是通過改變扭矩的方向?qū)崿F(xiàn)改變物體旋轉(zhuǎn)的方向呢?答案是肯定的，如曾經(jīng)在地球上廣泛應(yīng)用的蒸汽機(jī)車就是其中之一。對于蒸汽機(jī)車而言，活塞始終做著相同的往復(fù)運動，要改變扭矩的方向只能通過與活塞連接的平行四邊形連桿來實現(xiàn)。通過改變主動輪上扭矩的方向，進(jìn)而實現(xiàn)了改變主動輪旋轉(zhuǎn)的方向，這樣就達(dá)到了倒車的目的。

功率、轉(zhuǎn)速與扭矩的關(guān)系

對于汽車愛好者或者準(zhǔn)備買車的朋友，在4S店經(jīng)?？梢钥吹竭@樣的現(xiàn)象：那些雙眼冒著“$”的銷售代表總是通過我們的耳朵，向我們反復(fù)灌輸某款汽車的發(fā)動機(jī)的功率是多少、轉(zhuǎn)速是多少、扭矩又是多少。可是仔細(xì)一問，大多數(shù)銷售代表只能含糊其辭，告訴我們這3個參數(shù)越大，汽車的性能越好。對于這樣的回答，只要稍微有些懷疑精神，我們相信各位朋友是不會對它信以為真的。其實，對于發(fā)動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速與扭矩這3個參數(shù)，它們是相互關(guān)聯(lián)的。下面《Geek》就準(zhǔn)備好好來說說。

舉個簡單的例子：騎自行車的經(jīng)驗各位朋友都還有吧。在平坦的道路上騎車，你要提高騎行速度，在不調(diào)節(jié)自行車的變速比的情況下，多蹬踏踏板幾圈就行了。當(dāng)然，這個時候身體的運動量就會上升。如果我們將自行車看作汽車，那么你的身體便是汽車中的發(fā)動機(jī)。想要讓汽車獲得更快的速度，在變速箱檔位不變的情況下，就必須通過提高發(fā)動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。一般而言，發(fā)動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速是成正比的，轉(zhuǎn)速越高，功率越大。由此可見，汽車的加速性能是由發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)

速與功率來確定的。

現(xiàn)在你騎著自行車經(jīng)過了平坦的道路，前面有一段長上坡的道路。那么你在騎行的時候，肯定會感覺到身體的負(fù)荷越來越大，而你蹬踏的速度也隨之下降低，為了保證騎行速度，你只有花上大力氣多蹬踏踏板幾圈來實現(xiàn)。由于自行車的踏板通過曲柄繞中軸旋轉(zhuǎn)，這就相當(dāng)于力臂是固定不變的，你花大力氣蹬踏踏板，其實就相當(dāng)于提高發(fā)動機(jī)的扭矩。另外，由于你多蹬踏踏板幾圈，在提高扭矩的同時，相當(dāng)于還提高了發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率。由此可見，汽車的爬坡性能是由發(fā)動機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速與功率共同確定的。

現(xiàn)在，通過上面兩個例子，我們已經(jīng)知道了發(fā)動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速與扭矩這3個參數(shù)的關(guān)系。所以，各位朋友在購買汽車的時候，千萬不要被那些銷售代表忽悠了。不能單獨看發(fā)動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速與扭矩這3個參數(shù)，而必須將它們聯(lián)系起來分析。

看懂發(fā)動機(jī)工況圖

既然要將發(fā)動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速與扭矩這3個參數(shù)聯(lián)系起來分析，那么我們就不得不用到發(fā)動機(jī)工況圖。通常情況下，汽車廠商會都提供張發(fā)動機(jī)工況圖。在這張圖上，通過直角坐標(biāo)系表明了發(fā)動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速與扭矩這3個參數(shù)。由于，圖中會分別用兩條不同的曲線來表示發(fā)動機(jī)的功率與扭矩，所以直角坐標(biāo)系中的x軸代表了發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，而Y軸則代表了發(fā)動機(jī)的功率與扭矩。下面我們就以《Geek》編輯中，隱藏得最深的米人——老妖的愛車斯柯達(dá)明銳1.8TSI為例子，通過發(fā)動機(jī)工況圖向各位朋友解釋說明。

每分鐘1000轉(zhuǎn)：

當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動后，首先讓這款1.8升的發(fā)動機(jī)的處于怠速狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速為每分鐘1000轉(zhuǎn)，而扭矩與功率分別為165?！っ着c40千瓦。

每分鐘1500轉(zhuǎn)：

當(dāng)你踏下油門踏板是時候，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，其扭矩與功率也分別提高。相比之下扭矩比功率的提升更為明顯，在發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速為每分鐘1500轉(zhuǎn)的時候，其扭矩就達(dá)到了250牛·米。在此之后，轉(zhuǎn)速與功率的提高理論上是成正比的，這說明斯柯達(dá)明銳1.8TSI處于正常的加速狀態(tài)。

每分鐘3800轉(zhuǎn)：

雖然發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，但扭矩卻一直保持在250?！っ椎奈恢?。另一方面，發(fā)動機(jī)的功率卻與轉(zhuǎn)速成正比提高，在轉(zhuǎn)速為每分鐘3800轉(zhuǎn)的時候，代表發(fā)動機(jī)功率的曲線與代表扭矩的曲線相交。這時，發(fā)動機(jī)的功率為100千瓦，扭矩為250?！っ住：喍灾?，當(dāng)老妖通過油門踏板將發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在每分鐘3800轉(zhuǎn)的時候，這款TSI發(fā)動機(jī)正好可以發(fā)揮出最佳經(jīng)濟(jì)性能。

每分鐘4200轉(zhuǎn)：

在發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘4200轉(zhuǎn)之后，扭矩從250?！っ椎奈恢瞄_始呈現(xiàn)出下降的趨勢。因此，250?！っ拙褪沁@款1.8升發(fā)動機(jī)的最大扭矩。另外，從理論上講，在汽車做加速運動的時候，一開始由于扭矩保持在一定位置，其加速性能可以得到迅速的提高；而當(dāng)扭矩降低后，其加速性能也會明顯降低。所以，在每分鐘4200轉(zhuǎn)之后，理論上斯柯達(dá)明銳1.8TSI的加速已經(jīng)不像開始時那么明顯了。

每分鐘5000轉(zhuǎn)：

雖然發(fā)動機(jī)的扭矩在繼續(xù)下降，但轉(zhuǎn)速與功率卻在繼續(xù)提高。當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘5000轉(zhuǎn)的時候，其的功率達(dá)到了最高值，即118千瓦。在此之后，功率將保持在118千瓦的位置，不會隨著轉(zhuǎn)速的提高而提高了。這表示，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高更多地是在維持斯柯達(dá)明銳1.8TSI在行駛時的速度，而不是提高速度了。

每分鐘6200轉(zhuǎn)：

當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘6200轉(zhuǎn)，其功率繼續(xù)保持在118千瓦，而扭矩則下降到70?！っ?。除此之外，每分鐘6200轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，也說明了這款1.8升的發(fā)動機(jī)，其理論最高轉(zhuǎn)速為6200轉(zhuǎn)。