トルクとＰＳについて

質問

車の性能を表す単位でトルクとＰＳ
がありますが，人間の感覚でいうと
どういう感じでしょうか？

回答No.2

noname#2748

トルクとは力の大きさで、力を加えたものが動くかどうかには関係ありませんが、馬力（ＰＳ）とは仕事の量で力を加えたものが動いて初めて現れるものです。この二つはよく混同されますがまったく違うものです。人間の感覚でとのことなので、たとえば腕を水平に伸ばし手に１キログラムの錘を持ったとします。このとき腕を支える筋肉には錘と腕の重さを支えるための力が必要で、この力がトルクです。ただし錘が動いていない（台の上に置いてあるのと同じ）状態なのでＰＳは０です。ところが腕の力を抜いて錘を落下させると錘に仕事（錘に糸をつないでおいて、その糸を軸に巻きつけておけば回転として）をさせることができます。ここで、初めてＰＳ（馬力）が発生したことになります、馬力とは動かそうとする力の大きさ×動いた速度で求められる仕事量のの単位です。いくら大きなエネルギーがあってもエネルギーの移動がなければ馬力は発生しないということです。高い位置に置かれた錘はエネルギーをもっていますが、それが落下するなどで動かない限り仕事をしたことにはならないのです。また、錘を高い位置に持ち上げることで仕事をすると、おもりにエネルギーを与えたことになります。このように重力に逆らったエネルギーのことを位置ポテンシャルとも呼びます。

ちなみに１馬力の定義は７５ｋｇの錘を１メートルの高さに１秒間で持ち上げる仕事の量です。したがって人間が胸のあたりの高さまで、７５ｋｇのバーベルを０.５秒で持ち上げたとするとこの時の人間の仕事量は２ＰＳということになります。その人間の最大トルクはいくらかということになるとギリギリ持ち上げられるかどうかという重さのバーベルの重さということになります。この場合時間は関係なく何時間かかったとしてもＯＫです。

ＰＳとは速度と力の積と説明しましたが、この関係は梃子や輪軸を用いても変わることはなく、支店に対して１対２の長さの梃子では長いほうを押せば短いほうでは速度は半分に、トルクは２倍になります。逆から押せば速度は２倍にトルクは半分になります。梃子の両端でのエネルギーの量は同じです。このような原理を利用した装置は非常にたくさんあり、たとえばクレーンなどで重いものを持ち上げるときエンジンの発生するトルクは数十トンなどというものを直接持ち上げることはできませんが、間にギア（実際には油圧装置を用いていますが、変換の原理は同じです）などによる装置を用いて速度を数十分の１にすることでトルクを数十倍にしているのです。また、自動車でもスタートのときはスピードよりも車を前に押し出す強い力（大きなトルク）が必要なのでエンジンの回転をギアにより変換し回転数（速度）を落としトルクを増大させて発進し、速度が上がるにつれギアの組み合わせを変えて、エンジンとタイヤの回転数の比率をトルクが小さく速度が大きい状態に変えていきます。これはエネルギーに対するインピーダンス（エネルギーを消費する物の状態）を最適に保つために行われます。

たとえば人間が２本の足で全力で走っても、地面をけって走る場合インピーダンスが大きすぎるためトルクがいくら大きくても足の動く速度が追いつかなくなりある程度の速度以上で走ることはできません。ところが自転車に乗ると自転車のタイヤを回すトルクは足で地面をけるトルクの数分の１以下のはずですが簡単にカール・ルイス以上のトップスピードが出せます。これは以下に有効にエネルギーを利用するかということにほかなりません。たとえば最初の質問にあるエンジンのトルクが大きいとかＰＳ（馬力）が大きいとかでその車が早いかどうか、力が強いかは、わからないということです。

ちなみに現在ではＰＳ（馬力）をあらわす単位にはＷ（ワット）がトルク（過去の単位はkg/ｍ）にはＮ/ｍ（ニュートン/ｍ）がＳＩ単位として使用されています。１ＰＳは７３５Ｗで、1kg/ｍは0.98N/ｍで換算できます。

お礼

お返事ありがとうございました。お礼が遅くなり申し訳ありませんでした。