汽车的物理基础

转速

转速是实际测量出来的。最高转速是指油门踩到底时发动机的转速。

扭矩

扭矩也是可以测量出来的，车辆配置标明的最大扭矩正是实际测量出来的值。

马力

马力其实就是功率，这是计算出来的值。当扭矩以磅尺为单位时，计算公式为：

马力 = 扭矩 * 转速 / 5252

推导：

1马力是实际计算一匹马的功率，约等于33000磅的力在一分钟内作用了1尺，即：

1马力 = 33000 磅尺/分钟

同时也能理解为是1磅的力在一分钟内作用了33000尺，而33000尺可以换算成圆周运动，那绕着半径为1尺的圆周，每分钟走了5252转：

1马力 = 1磅 * 5252 * 2PI * 1尺 / 分钟 = 1磅尺 * 5252转 / 分钟

因此，在测量出转速对应的扭矩之后，当时输出的马力就是：

马力 = 扭矩 * 转速 / 5252

直观的理解，每分钟5252转时1扭矩对应功率是1马力，那转速翻倍，则输出功率为2马力。

档位

为什么说1档的扭矩最大？也就是1档最大力？

注意，这里说的扭矩是指洗车最终作用到轮子上的扭矩，而不是发动机的扭矩。发动机的输出扭矩在出厂时就已经固定了，但是作用到轮子上的扭矩则可以通过换档来产生变化。

由于：

发动机输出扭矩 * 曲轴转速 = 变速箱输出扭矩 * 变速箱齿轮转速

因此：

变速箱输出扭矩 = 发动机输出扭矩 * 变速传动比

而1档的变速传动比是最大的，因此1档的变速箱输出扭矩最大。

而再由于：

变速箱输出扭矩 * 变速箱齿轮转速 = 汽车轮子扭矩 * 汽车轮子转速

因此：

汽车轮子扭矩 = 变速箱输出扭矩 * 最终传动比

而最终传动比是固定的，所以1档时作用到汽车轮子上的扭矩就是最大的。

那么，力大了，代价是什么呢？

上面的两条公式连起来：

发动机输出扭矩 * 曲轴转速 = 变速箱输出扭矩 * 变速箱齿轮转速 = 汽车轮子扭矩 * 汽车轮子转速

由于发动机的部分是固定的值，所以可以简写为：

N = 汽车轮子扭矩 * 汽车轮子转速

自然，扭矩越大，汽车轮子转速越小。也就是低档位，力气大，但是速度低。

最大扭矩转速区间

注意发动机在不同转速下的输出扭矩并不一样，而且是一个曲线的关系，并不是说转速越高，扭矩越大的。

同时，有一个最大扭矩转速区间，在这个转速区间内，发动机输出的扭矩都是最大的。

而根据:

马力 = 扭矩 * 转速

那这个时候只要踩油门，加大马力，则速度就会提上去，并且是以最高加速度往上提。

理想情况当然是最大扭矩的转速区间尽可能覆盖到发动机的整个转速区间，这样无论是起步加速还是中高车速下的快速超车，都可以获得最优的动力输出。这个就看汽车的设计与调校了。

为什么超车要降档

另一个问题，为什么超车要降档？按上面的说法，降档速度不就更低了吗？怎么超。

注意，这里说的超车是有时间限制的，想象一下双向单车道，对面随时有车过来，所以超车要非常快。也就是说此时追求的是加速性能，而不是极限的速度大小。那从直观上看，力气越大，加速越快，毕竟牛顿第二定律:

F = ma

汽车质量不变，作用力越大，加速度越快。

因此，通过降档，我们获得了更大的扭矩输出，加速度自然更大。注意这是作用到汽车轮子上的扭矩，发动机在换档时根本没有发生过变化，所以输出扭矩是不变的。

同时，降档之后是要补一脚油门的，相当于加大了发动机的马力，以此弥补降档时带来的速度损失。

因此最终效果就是，速度没变小，然后力气更大了。

而假如不降档，只踩油门，那力气增加多少就看前面说的发动机转速与输出扭矩的曲线关系了。

或者说升档，再跳油门，虽然说速度最终会上升，但是由于扭矩变小，所以加速需要的时间会更长。