A fizikában a mértékegységek fontos szerepet játszanak a gyakorlati problémák megoldásában. Nekik köszönhető, hogy meg lehet határozni a kapott eredmény helyességét és megérteni annak mennyiségi értékét egy ismert szabványhoz képest. Nézzük meg a cikkben, hogy mi az a fizikai mennyiség, amelynek mértékegysége newton per méter.
Newton az erő mértékegysége
Minden diák tudja, hogy ki az a Isaac Newton, és milyen mértékben járult hozzá a klasszikus mechanika fejlődéséhez. Teljes bizonyossággal kijelenthetjük, hogy a dinamika, mint a fizika erőket vizsgáló ága teljesen a nagy angol tudós törvényeire épül. Ezért a nemzetközi közösség úgy döntött, hogy az erőegységet Newtonnak (N) nevezi. Egy newton olyan erő, amely egy 1 kilogramm tömegű testre hatva 1 m/s gyorsulást mond neki2.
Newton mindenféle erő fő egysége. Ez azonban nem tartozik a nemzetközi SI-rendszer hét alapegysége közé. Mint volthárom másik alapfogalom határozza meg: a kilogramm (a tömeg mértéke), a méter (a térbeli távolság mértéke) és a másodperc (az idő mértéke).
Mi az a newton per méter?
Miután megismerkedtünk a "newton" fogalmával, mint az erők mértékegységével, térjünk vissza a cikk témájához. Mennyi egy newton értéke szorozva egy méterrel? Azok számára, akik nem tudnak azonnal válaszolni a feltett kérdésre, írjuk le ezt a műveletet matematikai formában:
A=Fl
Ha az F erő hatására a test l távolságot mozdul el, akkor ezeknek a fizikai mennyiségeknek a szorzata adja meg az erő által a mozgás iránya mentén végzett munkát.
A munka egy energiajellemző, joule-ban (J) mérik. Egy joule a munka definíciója szerint az az energia, amelyet 1 newton erő költ el, amikor egy testet 1 méterrel elmozgat.
A fizikai folyamattól függően a mozgó testekre fordított munka különféle energiákká alakítható. Például, ha egy építőipari daru felemel egy betonlapot, akkor potenciális energiája a gravitáció terén megnő. Egy másik példa: az emberek állandó erőt kifejtve tolják az autót egy ideig. A ráfordított munka egy része a gördülési súrlódási erő leküzdésére és ennek eredményeként hőenergiára megy el, másik része pedig a jármű mozgási energiájának növelésére megy el.
Tehát a newton méterenként egy joule-nak nevezett munkaegység.
Pillanaterő
A munka mellett ez az egység az erőnyomaték mérésére is szolgál. Ez utóbbit ugyanaz a képlet írja le, mint a munkát, azonban az erő ebben az esetben valamilyen szöget zár be az l vektorral, amely az erő alkalmazási pontja és a forgástengely közötti távolság.
Annak ellenére, hogy az erőnyomatékot munkaegységben írják le, nem. Nyomatéknak is nevezik, mivel azt mutatja, hogy egy külső erő képes a rendszert egy tengely körül elforgatni, és némi szöggyorsulást adni neki. Ha az erőnyomatékot megszorozzuk a radiánban mért forgásszöggel, akkor megkapjuk a munkát. A mértékegység nem változik.
Nyomásegység
A cikk témájának részeként azt is megvizsgáljuk, hogyan mérik a nyomást a fizikában. Azok, akik szeretik ezt a tudományt, gyorsan megadják a helyes választ, és a pasc alt az SI-ben mért nyomás mértékegységének nevezik. A problémákban és a gyakorlatban gyakran találkoznak más nyomásmértékekkel, amelyek minden esetben kényelmesek. Tehát széles körben elterjedt: légkör, torr vagy higanymilliméter és bár. Mindegyik egyedileg le van fordítva pascalra, a megfelelő konverziós tényező használatával.
A nyomásgyakorlást e cikk hatálya alá tartozónak tekintjük, mert az szorosan összefügg az erővel. Definíció szerint a nyomás egy olyan mennyiség, amely egyenlő a felületre merőlegesen ható erő és a felület területének arányával, azaz:
P=F / S
Ebből az egyenlőségből egységet kapunkmérje meg a newtont négyzetméterenként (N/m2). Az 1 N/m2pascalnak nevezik Blaise Pascal francia fizikusról, aki megtervezte a barométert, és a légköri nyomást a tengerszinthez képest különböző magasságokban mérte.
Egy pascal nagyon kis nyomás. Értéke úgy képzelhető el, ha 100 milliliter desztillált vizet veszünk, és 1 négyzetméteres területen elosztjuk. Például vegye figyelembe, hogy a légköri nyomás a tengerszinten körülbelül 100 000 pascal.
A teljesség kedvéért megjegyezzük, hogy olyan mennyiségek, amelyek mértékegysége newton szorozva egy négyzetméterrel, nem léteznek a fizikában.
Példaprobléma
Meg kell határozni, hogy milyen munkát végzett a gravitáció, ha a test egy bizonyos magasságból 5 másodperc alatt zuhant a föld felszínére. Vegyük a testtömeget egy kilogrammal.
A gravitáció a következő képlettel számítható:
F=mg=19, 81=9, 81 H
A test leesésének magasságának meghatározásához használja az egyenletesen gyorsított mozgás képletét kezdősebesség nélkül:
h=gt2 / 2=9,8152 / 2=122,625 m
A gravitáció által végzett munka elvégzéséhez szorozza meg F-et és h-t:
A=Fh=9,81122,625 ≈ 1203 J
A gravitáció méterenként körülbelül 1200 newton, azaz 1,2 kilojoule pozitív munkát végzett.
