単語記事: パワー

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パワー(POWER)とは、力の事である。どうやらフォース(FORCE)とは意味が違うらしい。

曖昧さ回避
  1. POWER - マーカス・ミラーの楽曲。
  2. POWER - ポケットビスケッツの楽曲。
  3. POWER - 大江千里の楽曲。
  4. POWER - B.A.Pの楽曲。
  5. POWER - Helloweenの楽曲。
  6. POWER - 機動戦士ガンダム00のBGM。
  7. POWER - IBMのCPUシリーズ、またそのアーキテクチャ(Power Architecture)

概要

パワーとは力の事であるが、正しくは「能力」とか「潜在能力」「たくましい」「権力」とかの意味に近いらしい。

「攻撃的な力」「暴力」「戦力」「ゴリ押し」みたいな力は、フォースと呼ばれているらしい。

パワーと力の違い

パワー(出力=仕事率)と力は、上記の概要の序文にも見られるように、混同している人や使用例が多いが、物理学上はまったく別の概念である。具体的には、パワー=力×速度であり、単に力があればパワーがあると言うわけではないのだ。そこでこの章では、実際の場面をいくつか並べてその違いについて述べたい。

自動車

一般的な自動車の場合、パワー=出力はそのままの表現だが、力についてはトルク(回転しようとする力)で表現する。自動車のエンジン性能欄にもトルク~~(N)と書いてあるので知っている人も多いだろう。自動車のスペックとして現れる出力とトルクの数値が実際に運転する場合にはどのような意味を持つかを、極めて端的に表現すると以下の等式がなりたつ。

”最大出力=最高速度・加速性能の両面に関わる”

”最大トルク=数値そのものには意味がないが、現実の自動車ではトルクが最大となる回転数には意味がある”

以上の等式は非常に乱暴な(単純な)仮定を前提としているが、現実のエンジンやトランスミッションを組み合わせて自動車を構成する限りは上記の関係が成り立つ。以下では適当な仮定を設定した上で、実際の場面を検証していきたい。

仮定

トルク特性がおおよそフラットなエンジン
 アイドリングから最高回転まで似たようなトルクを発生する。

あらゆる変速比に対応するトランスミッション
 いわゆるCVTまたは電気式

実際の場面

自動車が自走しているとき、エンジンで発生したトルクがトランスミッションへ入力され、回転速度とトルクを調整されてタイヤへ伝達される。この、トランスミッションによる調整が重要なポイントであり、トランスミッションが優秀であればエンジンが持つトルクは速やかに増幅されるか、または回転数へ変換されるため、エンジンの発生するトルクは問題とならないのである。

たとえば、自動車が最高速度を発揮しているとき、空気抵抗や転がり抵抗などあらゆる抵抗とタイヤへ加えられる力(トルク)が釣り合った状態となっている。この時、トランスミッションが必要な性能を備えていれば、エンジン出力を全てその速度で必要なタイヤの回転力へ変換することができる。この関係は加速時についても同様である(大雑把に言えば、タイヤの回転力からもろもろの抵抗を差っぴいた余剰分が加速力となる)。実際には、あまり極端な速度とトルクの変換は必然的にエネルギーの浪費や保守コストの増大と言うデメリットをもたらすため、常識的なエンジンを採用することになる。

現実においては、ラバーバンドとも呼ばれる、ドライバビリティに劣るタイプのCVTを搭載した自動車はこの仮定にかなり近く、トランスミッションのロスを無視すれば最高速度においても、加速性能にしても最も優れていると言える。ただし、実際にはベルトが滑るためにマニュアル車に劣ることが多いとされている。

トルク特性の話

最高速度や加速性能を支配するのは最大出力であることがわかった。それではトルクは自動車にとって重要な性能ではないのだろうか。

答えは否である。

最近はカタログに載っていないことも増えたが、エンジンの回転数とトルクの関係=トルク特性を示したグラフは、その自動車の走行特性や燃費を予測する上で非常に役立つ。その理由は、自動車は常に最大出力で走行するわけではないからである。仮にCVTのような理想的なトランスミッションであっても、回転数によってあまりトルクが変化しない、別の言い方をすれば回転数と出力が比例するような素直なエンジンはパーシャル(部分負荷)領域での制御性や燃費と言う点で強みを持つのである。トランスミッションがステップ型ATやマニュアルトランスミッションであればこの効果はさらに大きい。

ちなみに最近注目を浴びている電気自動車に積まれているモーターの場合、速度0で最大トルクを発生すると言う素晴らしい特性を持つため、タイヤとの間には固定式の歯車のみで済ませることが多い

ジェット機の場合

ジェット機の場合は力と出力の関係は非常に素直である。つまり、エンジンがある瞬間に発揮している推力がそのまま力であり、推力にそのときの速度をかければすなわち出力となる。

具体的に離陸時と巡航時について考えてみよう。

ジェット機が離陸を開始するとき、エンジンは大量の空気を後ろへ噴射し、その反動として非常に大きな力を発揮する。飛行機を一度でも利用した方であれば、機内からでも非常に大きな音がするのをご存知だろう。そのときの路面や気象条件にもよるが、離陸時と言うのは一般的に航空機がもっとも大きな力を必要とするシーンである。ところが動き出すまでは、速度は0であるため、エンジンの出力もまた0である。そう、物理学的には離陸開始時の飛行機のエンジンはニート扱いなのだ。え、空気の圧縮で仕事してるだろって?

一方、巡航中のジェット機はマッハ0.7~0.9弱の高速で飛行している。この時、エンジンが発生させている推力は巡航推力といって、最大よりはかなり低い力しか出していないのだが、速度が高速であることから出力を計算すると非常に高い値となる。

ちなみに自動車の場合でも、自動車全体で見れば加速開始時の出力は0である。

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読み:パワー
初版作成日: 11/02/13 10:30 ◆ 最終更新日: 16/07/06 06:08
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6 : ななしのよっしん :2012/06/16(土) 09:19:14 ID: kXLYHmsfxM
エターナルフォースブリザード
7 : ななしのよっしん :2013/02/18(月) 19:34:32 ID: 59SZsg6mqj
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10 : ななしのよっしん :2014/02/02(日) 02:10:09 ID: C8yKUIr4R/
愛のパワーをください!
11 : ななしのよっしん :2014/04/13(日) 16:37:16 ID: 85c+Gq5hcB
もうひといきじゃ!パワーをメテオに!
12 : ななしのよっしん :2014/10/22(水) 17:48:14 ID: 77wi3kvO8M
パワーおぐちょぐちょぐちょ
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パワー忍者です!
14 : ななしのよっしん :2015/12/23(水) 20:04:39 ID: 8L3vnzCFj0
物理学的には
パワー(POWER)は仕事率で
フォース(FORCE)は(物理学的)力
15 : ななしのよっしん :2016/05/04(水) 22:37:24 ID: glzlZh+JgF
能天使については?
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