Jednostki to niuton na metr i niuton na metr kwadratowy. Przykład zadania

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 05:38

Jednostki miary w fizyce odgrywają ważną rolę w rozwiązywaniu praktycznych problemów. Dzięki nim możliwe jest określenie poprawności otrzymanego wyniku oraz zrozumienie jego wartości ilościowej w porównaniu ze znaną normą. Zastanówmy się w artykule, jaka jest wielkość fizyczna z jednostką miary niuton na metr.

Newton to jednostka siły

Każdy student wie, kim jest Izaak Newton i jaki wkład wniósł w rozwój mechaniki klasycznej. Z absolutną pewnością możemy powiedzieć, że dynamika, jako gałąź fizyki badająca siły, jest całkowicie zbudowana na prawach wielkiego angielskiego naukowca. Dlatego społeczność międzynarodowa zdecydowała się nazwać jednostkę siły Newton (N). Jeden niuton to taka siła, że działając na ciało ważące 1 kilogram, mówi mu o przyspieszeniu 1 m/s2.

Newton jest główną jednostką siły absolutnie każdego rodzaju. Nie jest to jednak jedna z siedmiu jednostek podstawowych międzynarodowego układu SI. Tak jak byłopowiedział, że jest zdefiniowany przez 3 inne podstawowe pojęcia - kilogram (miara masy), metr (miara odległości w przestrzeni) i sekunda (miara czasu).

Co to jest niuton na metr?

Po zapoznaniu się z pojęciem „niutona” jako jednostki miary sił, wróćmy do tematu artykułu. Jaka jest wartość niutona pomnożona przez metr? Dla tych, którzy nie mogą od razu odpowiedzieć na postawione pytanie, zapiszmy tę operację w postaci matematycznej:

A=Fl

Jeżeli w wyniku działania siły F ciało przemieści się na odległość l, to iloczyn tych wielkości fizycznych da pracę wykonaną przez siłę wzdłuż kierunku ruchu.

Praca jest charakterystyką energetyczną, mierzoną w dżulach (J). Jeden dżul, zgodnie z definicją pracy, to energia, jaką zużyje siła 1 niutona podczas ruchu ciała o 1 metr.

W zależności od procesu fizycznego, praca włożona w poruszanie się ciał może zostać zamieniona na różne rodzaje energii. Na przykład, jeśli dźwig budowlany podnosi płytę betonową, to jej energia potencjalna w polu grawitacji wzrasta. Inny przykład: ludzie, stosując stałą siłę, pchają samochód przez jakiś czas. Część włożonej pracy jest przeznaczona na pokonanie siły tarcia tocznego i w rezultacie zamieniana jest na energię cieplną, a druga część na zwiększenie energii kinetycznej pojazdu.

Więc niuton na metr jest jednostką pracy zwaną dżulem.

Momentsiła

Oprócz pracy, to urządzenie służy również do pomiaru momentu siły. Ta ostatnia jest opisana tym samym wzorem co praca, jednak siła w tym przypadku skierowana jest pod pewnym kątem do wektora l, który jest odległością od punktu przyłożenia siły do osi obrotu.

Pomimo faktu, że moment siły jest opisany w jednostkach pracy, tak nie jest. Nazywany jest również momentem obrotowym, ponieważ pokazuje zdolność siły zewnętrznej do obracania układu wokół osi i nadawania mu pewnego przyspieszenia kątowego. Jeśli moment siły pomnożymy przez kąt obrotu w radianach, otrzymamy pracę. Jednostka miary nie zmieni się.

Jednostka ciśnienia

W ramach tematu artykułu rozważymy również sposób pomiaru ciśnienia w fizyce. Ludzie, którzy lubią tę naukę, szybko udzielą prawidłowej odpowiedzi, nazywając paskala jako jednostkę pomiaru ciśnienia w SI. W problemach iw praktyce często spotyka się inne jednostki ciśnienia, które są wygodne w użyciu w każdym konkretnym przypadku. Tak więc rozpowszechnione: atmosfera, torr lub milimetr słupa rtęci i bar. Każdy z nich jest jednoznacznie tłumaczony na Pascale, przy użyciu odpowiedniego współczynnika konwersji.

Rozważamy presję w zakresie tego artykułu, ponieważ jest ona ściśle związana z siłą. Z definicji ciśnienie jest wielkością równą stosunkowi siły działającej prostopadle do powierzchni do powierzchni tej powierzchni, czyli:

P=F / S

Z tej równości otrzymujemy jednostkęzmierzyć niuton na metr kwadratowy (N/m²). Wartość 1 N/m^{2 nazywana jest pascalem na cześć francuskiego fizyka Blaise'a Pascala, który zaprojektował barometr i zmierzył ciśnienie atmosferyczne na różnych wysokościach w stosunku do poziomu morza.}

Jeden pascal to bardzo mała siła nacisku. Jego wartość można sobie wyobrazić, jeśli weźmiemy 100 mililitrów wody destylowanej i rozprowadzimy ją na powierzchni 1 metra kwadratowego. Na przykład zwróć uwagę, że ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi około 100 000 paskali.

Dla kompletności, zauważamy, że wielkości z jednostką miary niuton pomnożone przez metr kwadratowy nie istnieją w fizyce.

Przykładowy problem

Konieczne jest określenie, jaką pracę wykonała grawitacja, jeśli ciało spadło z określonej wysokości na powierzchnię ziemi w ciągu 5 sekund. Przyjmij masę ciała równą jednemu kilogramowi.

Grawitację można obliczyć za pomocą wzoru:

F=mg=19, 81=9, 81 H

Aby określić wysokość, z jakiej spadło ciało, należy użyć wzoru na ruch jednostajnie przyspieszony bez prędkości początkowej:

h=gt² /2=9,815^{2 /2=122,625 m}

Aby wykonać pracę grawitacyjnie, pomnóż F i h:

A=Fh=9,81122,625 ≈ 1203 J

Grawitacja wykonała pozytywną pracę w wysokości około 1200 niutonów na metr, czyli 1,2 kilodżuli.