轉動運動與角動量
力矩(torque)
/ tork /
力矩就是「扭轉」——力在轉動裡的表親。力推動物體使之移動;力矩則使之轉動。你的雙手早就懂它:靠近門軸推,門幾乎不動,但推最外緣它就輕鬆轉開。同樣的力,轉動效果卻天差地別。那個轉動效果就是力矩,它說明了門把、扳手、翹翹板為何長成這樣、這樣使用。
精確地說,力矩取決於力,以及你在何處、朝哪個方向施力:tau = r F sin theta,其中 r 是軸到施力點的距離,F 是力,theta 是兩者的夾角。組合 r sin theta 就是力臂——軸到力的作用線的垂直距離——所以也可寫成 tau =(力臂)x 力。單位是牛頓·公尺(N m)。淨力矩正是讓某物開始或停止旋轉的東西。
和角速度一樣,力矩其實是向量,方向沿軸,由右手定則給出(tau = r x F,一個外積)。若你把扳手筆直地朝螺栓推或拉(theta = 0),無論多用力都得到零力矩——只有側向、垂直的那部分推力才產生轉動。
你在距門軸 0.8 m 處以 20 N 的力垂直推門。力矩為 tau = r F sin90 = 0.8 x 20 x 1 = 16 N m。若在同一點但只與門面夾 30 度推,則得 0.8 x 20 x sin30 = 8 N m。
同樣的力、同樣的點——但角度改變了力矩。垂直推最有效。
力矩的單位是牛頓·公尺,和焦耳相同,但它不是能量——力矩是扭轉,能量是作功的本領;絕不可把兩者相加。
又称
另见