很重要的一点是：质量和您所处的空间位置无关。无论在月球上，还是在地球上，您身体的质量都不会变化，因为其中的原子数是相同的。另一方面，您离地球越远，地球对您的引力就会越小。因此，升高海拔会减轻您的重量，但您的质量还是将保持不变。居住在月球上也会让您的重量减轻，但是同样，您的质量还是不会改变。

质量是一个非常重要的单位，使用它可以计算当我们向物体施加力时，物体的加速度有多大。哪些因素决定了汽车加速度的大小呢？您可能知道，乘坐了五个成人的汽车的加速度比只有一个人时要慢。我们在谈论了力之后，将稍微详细地探讨一下质量、力和加速度之间的这种关系。

重量是一种人所共知的力。它是地球对您施加的力的大小。关于这种力，有两个非常有趣的方面：

• 它的施力方向是向下，更为准确地说，是朝向地球的中心。

   

• 它的大小与您的质量成正比。您的质量越大，地球对您施加的力也就越大。

当您踩在上时，您会对浴室称施加一个力。这个力会压缩浴室称中的弹簧，进而移动指针。当您抛出棒球时，会对棒球施加一个力，从而使棒球产生加速。飞机发动机会产生一个推力，让飞机直冲云霄。汽车的也会对地面施加一个力，进而推动汽车前行。

力可以产生加速度。如果对玩具汽车施加一个力（例如用手推），它将开始运动。这听起来可能很简单，但却是一个非常重要的事实。汽车的运动遵循牛顿第二定律，这一定律奠定了经典力学的基础。根据牛顿第二定律，物体的加速度与所受的力(F)成正比，与物体的质量(m)成反比。换言之，对物体施加的力越大，加速度就越大；物体的质量越大，加速度就越小。牛顿第二定律通常用以下等式表示：

为了纪念牛顿的功绩，国际单位制将力的标准单位命名为牛顿。1牛顿的力足以让质量为1千克的物体产生1米/秒²的加速度。实际上，力和质量就是这样定义的。1千克是指让1牛顿的力产生1米/秒² 加速度的质量。在英制单位中，1磅质量则是指让1磅的力产生32英尺/秒² 加速度的质量。

地球对物体的引力足以让物体产生9.8米/秒²（相当于32英尺/秒²）的加速度。重力加速度通常用g表示。如果您在悬崖上丢下一个物体，它的下落速度会每秒增加9.8米。因此，当它下落5秒时，其速度将达到49米/秒。这是一个相当大的加速度。如果汽车具有这种加速度，那么它可以在3秒内加速到97公里/小时。

当我们谈论力时，通常会涉及多个力，并且有不同的作用方向。让我们看一张汽车图片。当汽车处于静止状态时，受到向下的重力（汽车各部位均受重力作用，方便起见，我们在汽车中心表示）和地面支持力，这个力与重力大小相等、方向相反，从而使汽车保持不动。

当汽车驱动时，会出现一些新的力。汽车后轮抓举地面，产生水平力驱动汽车前进，汽车平稳行驶时，后轮动力驱使汽车加速，但汽车会抵抗这种加速度，其力的大小等于汽车的质量乘以加速度。从图1中可以看出，代表力的箭头开始时较大，这是因为汽车起步时加速度很大。当汽车行驶起来后，空气产生阻力，随着车速的增加而变大，方向与轮胎驱动力方向相反，从而抵消动力减小汽车的加速度。

{zh1}，汽车到达{zg}速度，驱动力等于空气阻力，此时没有了加速度，速度也不能增加。

力矩是一种旋转或扭转物体的力。每当您使用扳手施加力时，都会生成一个力矩。拧紧车轮上的四方螺帽就是一个典型的例子。当您使用扳手时，会对它的手柄施加一个力。这个力会在四方螺帽上产生一个力矩，进而推动螺帽旋转。

力矩的英制单位是磅寸或磅尺，国际单位制是牛顿米。请注意，力矩单位由距离和力两个部分组成。若要计算力矩，只需将力乘以中心距即可。在四方螺帽的例子中，如果扳手有20厘米长，那么当您施加100牛顿的力时，将产生20牛顿米的力矩。如果扳手的长度是40 厘米，则只需施加50牛顿的力即可产生相同的力矩。

通过生成力矩来旋转曲轴。这个力矩的产生方式与上面xx相同：在一定的距离上施加力。下面让我们来详细分析发动机中某些零件的受力情况：

汽缸中的气体燃烧会对活塞产生一个压力。在压力的作用下，活塞将向下运动。随后，该压力会由活塞转移给连杆，并经连杆传输至曲轴。在图2中，请注意连杆与曲轴的连接点距曲轴中心有一段距离。当曲轴旋转时，这两点之间的水平距离会发生变化，由于力矩等于力乘以距离，因此力矩也将随之改变。

您可能会奇怪，在这个发动机的力矩决定因素中，为什么只有水平距离才有效。从图2 可以看出，当活塞位于冲程的顶部时，连杆正指向下方曲轴的中心。此时不会产生任何力矩，因为只有沿垂直方向作用于连杆的力才能产生力矩。

如果您曾试着在汽车上松开拧死的方形螺帽，那么您一 定知道要生成较大的力矩，{zh0}水平扣住扳手，然后踩在扳手的末端——这样，您是在等于扳手长度的距离上施加您全身的重量。如果扣住扳手时，扳手的手柄指向正上方，那么踩在手柄的顶部（假设您能保持平衡）根本不会松动方形螺帽。其效果就相当于您直接踩在方形螺帽上一样。

当动画暂停后，您会看到卡特彼勒发动机在转速为1200 转/分（rpm）时生成了2237牛顿米的力矩，此时功率为377马力。在转速为5600转/分时，福特眼镜蛇发动机的功率也达到377马力，但只生成了480牛顿米的力矩。如果您读过关于的文章，您可能正在思考如何让眼镜蛇发动机也生成2237牛顿米的力矩。如果让眼镜蛇发动机的齿轮减速比变为4.66:1，输出转速将变为1200 转/分，这样力矩就将达到2237牛顿米——与大型卡特彼勒发动机的力矩xx相同。

现在您可能会想，为什么大型卡车不使用小型燃气发动机代替大型呢？在上面的示例中，大型卡特彼勒发动机只需将转速保持在1200转/分即可产生377马力的功率。这样发动机负载较小，运转平稳。而若要产生同样的功率，小型燃气发动机就需要急速运转到5600转/分。在这样的速度和功率输出下，小型燃气发动机很难长期维持。而大型卡车发动机则可以使用多年，每年行驶几十万公里不成问题。