หน่วยเป็นนิวตันต่อเมตรและนิวตันต่อตารางเมตร ตัวอย่างงาน

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

หน่วยวัดทางฟิสิกส์มีบทบาทสำคัญในการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติ ด้วยเหตุนี้จึงเป็นไปได้ที่จะกำหนดความถูกต้องของผลลัพธ์ที่ได้รับและทำความเข้าใจค่าเชิงปริมาณเมื่อเปรียบเทียบกับมาตรฐานที่ทราบ ลองพิจารณาในบทความว่าปริมาณทางกายภาพที่มีหน่วยวัดนิวตันต่อเมตรคืออะไร

นิวตันเป็นหน่วยของแรง

นักเรียนทุกคนรู้ดีว่าใครคือไอแซก นิวตัน และเขามีส่วนช่วยในการพัฒนากลไกคลาสสิกอย่างไร ด้วยความมั่นใจอย่างแท้จริง เราสามารถพูดได้ว่าไดนามิกซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษากองกำลัง ถูกสร้างขึ้นโดยสมบูรณ์ตามกฎของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ ดังนั้น ประชาคมระหว่างประเทศจึงตัดสินใจเรียกหน่วยแรงว่านิวตัน (N) หนึ่งนิวตันเป็นแรงที่กระทำต่อร่างกายที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัม บอกว่ามีความเร่ง 1 เมตร/วินาที2.

นิวตันเป็นหน่วยหลักของแรงทุกชนิด อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่หนึ่งในเจ็ดหน่วยพื้นฐานของระบบ SI สากล เหมือนเดิมกล่าวว่าถูกกำหนดโดยแนวคิดพื้นฐานอื่น ๆ อีก 3 แนวคิด - กิโลกรัม (หน่วยวัดมวล) เมตร (หน่วยวัดระยะทางในอวกาศ) และวินาที (หน่วยวัดเวลา)

นิวตันต่อเมตรคืออะไร

หลังจากทำความคุ้นเคยกับแนวคิดของ "นิวตัน" ในฐานะหน่วยวัดแรงแล้ว กลับไปที่หัวข้อของบทความกัน ค่าของนิวตันคูณด้วยเมตรคืออะไร? สำหรับผู้ที่ไม่สามารถตอบคำถามได้ทันที ให้เขียนการดำเนินการนี้ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์:

A=Fl

ถ้าเป็นผลมาจากแรง F ร่างกายเคลื่อนที่เป็นระยะทาง l ผลคูณของปริมาณทางกายภาพเหล่านี้จะให้งานที่ทำโดยแรงไปในทิศทางของการเคลื่อนไหว

งานเป็นลักษณะพลังงาน มีหน่วยเป็นจูล (J) หนึ่งจูลตามนิยามของงานคือพลังงานที่แรง 1 นิวตันจะจ่ายเมื่อเคลื่อนที่วัตถุ 1 เมตร

ขึ้นอยู่กับกระบวนการทางกายภาพ งานที่ใช้ไปกับร่างกายที่เคลื่อนไหวสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทต่างๆ ได้ ตัวอย่างเช่น หากเครนก่อสร้างยกแผ่นพื้นคอนกรีต พลังงานศักย์ในสนามโน้มถ่วงจะเพิ่มขึ้น อีกตัวอย่างหนึ่ง: ผู้คนใช้แรงคงที่ดันรถซักพัก ส่วนหนึ่งของงานที่ใช้ไปเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานจากการกลิ้งและกลายเป็นพลังงานความร้อน อีกส่วนไปเพื่อเพิ่มพลังงานจลน์ของยานพาหนะ

ดังนั้นนิวตันต่อเมตรจึงเป็นหน่วยของงานที่เรียกว่าจูล

ช่วงเวลาความแข็งแกร่ง

นอกจากงานแล้ว หน่วยนี้ยังใช้วัดโมเมนต์ของแรงด้วย อันหลังอธิบายด้วยสูตรเดียวกับงาน อย่างไรก็ตาม แรงในกรณีนี้ถูกชี้ไปที่มุมหนึ่งไปยังเวกเตอร์ l ซึ่งก็คือระยะห่างจากจุดที่ใช้แรงไปยังแกนของการหมุน

ถึงแม้โมเมนต์ของแรงจะอธิบายเป็นหน่วยงาน แต่ก็ไม่ใช่ เรียกอีกอย่างว่าแรงบิด เนื่องจากมันแสดงความสามารถของแรงภายนอกในการหมุนระบบรอบแกนและให้ความเร่งเชิงมุม หากโมเมนต์ของแรงคูณด้วยมุมการหมุนเป็นเรเดียน เราก็จะได้งาน หน่วยวัดจะไม่เปลี่ยนแปลง

หน่วยความดัน

ในหัวข้อของบทความ เราจะพิจารณาด้วยว่าการวัดความดันในวิชาฟิสิกส์เป็นอย่างไร ผู้ที่ชื่นชอบวิทยาศาสตร์นี้จะให้คำตอบที่ถูกต้องอย่างรวดเร็ว โดยตั้งชื่อปาสกาลเป็นหน่วยวัดความดันใน SI ในปัญหาและในทางปฏิบัติ มักพบหน่วยความดันอื่นๆ ซึ่งสะดวกต่อการใช้งานในแต่ละกรณี ดังนั้น แพร่หลาย: บรรยากาศ ทอร์หรือมิลลิเมตรของปรอทและบาร์ แต่ละรายการได้รับการแปลเป็นภาษาปาสกาลอย่างไม่ซ้ำกัน โดยใช้ปัจจัยการแปลงที่เหมาะสม

เราพิจารณาความกดดันภายในขอบเขตของบทความนี้เพราะมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกำลัง ตามคำนิยาม ความดันคือปริมาณเท่ากับอัตราส่วนของแรงที่ทำฉากตั้งฉากกับพื้นผิวกับพื้นที่ของพื้นผิวนี้ นั่นคือ:

P=F / S

จากความเท่าเทียมกันนี้เราจะได้หน่วยวัดนิวตันต่อตารางเมตร (N/m²) ค่า 1 N/m^{2 เรียกว่า pascal หลังจาก Blaise Pascal นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ผู้ออกแบบบารอมิเตอร์และวัดความดันบรรยากาศที่ความสูงต่างกันเมื่อเทียบกับระดับน้ำทะเล}

หนึ่งปาสกาลมีความกดดันเพียงเล็กน้อย คุณค่าของมันสามารถจินตนาการได้ถ้าเราใช้น้ำกลั่น 100 มิลลิลิตรและกระจายไปทั่วพื้นที่ 1 ตารางเมตร ตัวอย่างเช่น โปรดทราบว่าความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลมีค่าประมาณ 100,000 ปาสกาล

เพื่อความสมบูรณ์ เราสังเกตว่าปริมาณที่มีหน่วยวัดนิวตันคูณด้วยตารางเมตรไม่มีอยู่ในฟิสิกส์

ตัวอย่างปัญหา

จำเป็นต้องกำหนดว่าแรงโน้มถ่วงทำงานอะไร ถ้าร่างกายตกลงจากความสูงที่แน่นอนสู่พื้นผิวโลกใน 5 วินาที เอาน้ำหนักตัวเท่ากับหนึ่งกิโลกรัม

แรงโน้มถ่วงสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

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

ในการพิจารณาความสูงที่ร่างกายตกลงมา คุณควรใช้สูตรสำหรับการเคลื่อนไหวที่เร่งอย่างสม่ำเสมอโดยไม่ใช้ความเร็วเริ่มต้น:

h=gt² / 2=9.815^{2 / 2=122.625 m}

ในการทำงานด้วยแรงโน้มถ่วง ให้คูณ F กับ h:

A=Fh=9.81122.625 ≈ 1203 J

แรงโน้มถ่วงทำงานบวกประมาณ 1200 นิวตันต่อเมตร หรือ 1.2 กิโลจูล