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トルクと馬力の違い

2000/09/07 12:28

noname#2748の回答

noname#2748

2000/09/07 22:30 回答No.8

話の順序からして先ずはトルクからトルクとは単純に力の大きさをあらわす言葉です。単位としてはｋｇｆ・ｍやｋｇｆ・ｃｍやＮ・ｍなどが一般的でしょう。さて、実際にトルクとはどういう事を表すのかというと、長さが１メートルあるスパナでボルトを締め付ける場合を考えてみて下さい。スパナの端に１ｋｇの力を加えると、この時ボルトに掛かるトルクの大きさが、1ｋｇｆ・ｍということです。軸の中心からの距離と、それを動かそうとする力の大きさの積で表されるもので、最初のスパナとボルトの例では、ボルトが回ったかどうかには触れていませんが、トルクに関してはボルト回ったかどうかは無関係なのです。これはボルトが回ろうが回るまいが、ボルトに力が加わった事は確かだからです。力の大きさをあらわすトルクは相手の状態が変化したかどうかとは無関係なのです。もうひとつ例え話をすると、１本の自由に回転できる軸の両端に片方は時計回りに、もう片方には反時計回りに紐を巻きつけそれぞれの紐に同じ重さの錘をつるしたとき、両方が釣り合って軸は回転しませんが、軸をねじるようにトルクが掛かっていることは間違い有りません。もし錘が非常に重かった場合や軸が弱かった場合はねじ切れてしまうでしょう。これは軸にトルクが掛かっている証拠です。次に馬力ですが、これは力の強さではなく仕事の量をあらわす言葉です。仕事量と力の大きさの違いを端的に述べるならば、それは時間という概念があるか？という事です。先に説明した通りトルクには時間という概念は存在しません。ゆっくり掛けようと、瞬間的に掛けようと長い時間続けようと、すぐ止めようとトルクの値に変化はありません。ところが馬力になると話が変わってきます。先ず、１馬力とはどういうことを示すのかの説明をしておきましょう。７５ｋｇの錘を１秒間で1ｍ持ち上げる仕事の量が１馬力です。ここで注目して頂きたいのは“１秒間”と“1ｍ”言う部分です。これはある時間にある高さまで移動する“速度”を持つということで、トルクにはこの速度という要素はありません。ここが大きな違いです。よくエンジンの主要緒元などに**ｋｇＦ・ｍ/****ｒｐｍという記載を見ますが、これはその回転数のときに一番トルクが大きくなる特性があるということで、ある種のモーターなどでは軸がロックされて回転していないときが最大トルクである事もあるようにそれぞれの機器によって力の出る回転数が異なるだけの話ですので勘違いしないように気をつけましょう。ご承知のようにエンジンは０回転では運転できませんし、バルブタイミングやボア/ストロークレシオ・点火時期や燃焼方法の違いなどによって最大トルクを発生する回転数は大きく異なります、例えばスポーツカーのエンジンのように６０００回転以上の高速域で最大トルクになるものや大型トラックのエンジンのように１２００回転ぐらいで最大トルクを発生するものなどです。話が横道にそれてしまいましたが、上記の例を元に説明すると、スポーツカーのエンジンもトラックのエンジンも最大トルクが５０ｋｇｆ・ｍで同じと仮定します。ここで問題になるのはエンジンの回転速度です。仕事率とは（仕事の量）速度と力の積に比例するため、同じ力をスポーツカーのエンジンはトラックのエンジンの５倍の回転数で発生していることになり、馬力も５倍あることになるのです。例えばエンジンの軸にロープを巻きつけ錘を引き上げたとします。錘の重さはエンジンのトルク（両方とも同じ）で持ち上げられるギリギリの重さにしておきます。この時回転数の高いものほど早く錘を持ち上げられるのは確かです。また、同じ馬力のエンジンがあれば、トルクが大きかろうが小さかろうが同じ仕事ができます。例えば１００馬力のエンジンが２台あり片方は１０００回転で１００馬力の低速型のエンジン、片方は１００００回転で１００馬力の高速型エンジンだとします。この場合低速型エンジンの最大出漁回転数でのトルクは高回転型エンジンの１０倍（馬力は速度×トルク）になります。ここで上記のような実験をすると高速型エンジンの軸の直径を低速型エンジンの軸の直径の１／１０にしてやれば同じ速度で錘を巻き上げるはずです。図解を使用できないので不十分かとも思いますが、おおよその間が方は理解いただけると思います。ちなみに、最近ではＳＩ単位（ＩＳＯにより定義された国際標準単位）による表記で馬力（ＰＳ）は“Ｗ”ワットにトルクのｋｇｆ・ｍはＮ・ｍ（ニュートン・メートル）に表記が変わったいる場合が多いようですが、１馬力は≒７３５．５Ｗで換算できます。１ｋｇｆ≒９.８Ｎで換算してください。すなわち“Ｗ”表記の場合表記された数字を７３５．５で割る（Ｋｗ表記の場合は０.７３５５で割る）Ｎ・ｍ表記の場合９.８で割ればそれぞれ馬力（ＰＳ）・トルク（ｋｇｆ・ｍ）に換算できます。いかに示すＵＲＬに各単位系での変換定数が網羅されていますので参考にしてください。