Что такое единица измерения силы?

Автор Тимофей Гора February 19, 2019

Чаще всего единица измерения силы обозначается как ньютон (Большая буква N) в метрической системе или системе СИ. Ньютон находит применение в различных научных измерениях. Есть и другие единицы измерения силы, которые используются не так часто. Ниже они рассмотрены.

Ньютон

Единицей измерения силы в Международной системе единиц (СИ) является ньютон. Он назван в честь Исаака Ньютона, в знак признания его работ по классической механике, в частности, по второму закону движения Ньютона.

Один ньютон — это сила, необходимая для ускорения одного килограмма массы со скоростью один метр в секунду в квадрате в направлении приложенной силы.

Как появилась эта единица?

В 1946 году в Резолюции 2 Конфедерации женских изобразительных искусств (CGPM) были стандартизированы единицы измерения физической величины силы в системе единиц MKS, которая должна была стать величиной, необходимой для ускорения 1 кг массы со скоростью 1 м в секунду в квадрате.

В 1948 году 9-я Резолюция CGPM 7 приняла название ньютона для этой силы. Система MKS стала основой современной системой единиц СИ. Таким образом, ньютон стал стандартной единицей силы в SI или Международной системе единиц.

Эта единица СИ названа в честь Исаака Ньютона. Как и для каждой единицы измерения силы в Международной системы СИ, названной в честь человека, первая буква его символа — верхний регистр (N). Однако, когда единица СИ пишется на английском языке, она рассматривается как обычное существительное и всегда должна начинаться с буквы нижнего регистра (ньютон), за исключением ситуации, когда любое слово в этой позиции будет написано с большой буквы, например, в начале предложения или в материале с использованием заголовков.

Второй закон Ньютона утверждает, что Р = ma, где P представляет собой усилие, m — это масса объекта, получающего силу, a — ускорение объекта.

F = m ⋅ a¹

Н = 1 кг ⋅ 1 м / с²

Примеры использования

При средней гравитации на Земле (условно, g = 9,806 65 м / с²) масса 1 килограмма оказывает силу около 9,8 ньютона. Яблоко среднего размера предполагает около одного ньютона силы, которую мы измеряем как вес яблока.

1 N = 0,10197 кг × 9,80665 м / с² (0,101 97 кг = 101,97 г)

Вес среднего взрослого человека прилагает силу около 608 Н.

608 N = 62 кг × 9,80665 м / с² (где 62 кг — средняя масса взрослого человека в мире)

Еще одна единица

Помимо ньютона, в СИ существует и более большая физическая единица измерения силы — килоньютон (кН). Он равняется 1000 Н. Например, тяговое усилие от класса Y в паровозе локомотива и тяга из F100 истребителя реактивного двигателя — оба около 130 кН.

Один килоньютон составляет 102,0 kgf или около 100 кг нагрузки.

1 кН=102 кг × 9,81 м / с²

Так, например, платформа, которая показывает его, оценивается в 321 кН (72000 фунтов F ), будет надежно поддерживать 32,100 кг (70800 фунтов) нагрузки. Эта единица используется в следующих спецификациях безопасности:

удерживающие ценности крепежа, якоря земли и других предметов, используемых в строительной промышленности;
рабочие нагрузки на растяжение и на сдвиг;
оборудование для скалолазания;
тяги в ракетных двигателей и ракет-носителей;
усилие зажима различных форм в литьевых машинах, используемых для изготовления пластиковых деталей.

Джоуль

Джоуль (символ J), является производной единицей измерения силы тока в Международной системе единиц. Она равна энергии, передаваемой (или выполняемой при работе) объекту, когда сила одного ньютона воздействует в направлении движения на расстоянии одного метра (1 ньютон-метр или Н⋅м).

Это также энергия, рассеиваемая в виде тепла, когда электрический ток в один ампер проходит через сопротивление в 1 Ом/на одну секунду. Он назван в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818–1889).

В терминах сначала базовых единиц СИ, а затем в терминах других единиц СИ стоит представить: J = kg⋅m²/s²= N⋅m = Pa⋅m³= W⋅s = C⋅V, где:

kg — килограмм;
m — метр;
s — секунда;
N — ньютон;
Pa — паскаль;
W — ватт;
C — кулон;
V — вольт.

Один джоуль может быть определен следующим образом:

Работа требовала перемещения электрического заряда одного кулона через разность электрических потенциалов в один вольт или один кулон-вольт (C⋅V). Это отношение может быть использовано для определения вольт.
Работа требовала производства одного ватта мощности в течение одной секунды или одной ватт-секунды (W⋅s) (сравните киловатт-час — 3,6 мегаджоуля). Это отношение может быть использовано для определения ватта.

Повседневный Джоуль

Единица измерения величины силы в повседневной жизни — это:

Энергия, необходимая для поднятия томата среднего размера на 1 метр (3 фута 3 дюйма). Предположим, масса помидора составляет приблизительно 100 г (3,5 унции).
Энергия, выделяемая, когда тот же помидор падает на метр вниз.
Энергия, необходимая для ускорения массы 1 кг за 1 м с^-2на расстояние 1 м.
Тепло, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 0,24 ° С.
Обычная энергия, выделяемая человеком в состоянии покоя, каждые 1/60 с (приблизительно 17 мс).
Кинетическая энергия от 50 кг человек (0,2 м / с или 0,72 км / ч).
Кинетическая энергия теннисного мяча 56 г, движущегося со скоростью 6 м / с (22 км / ч).
Кинетическая энергия объекта с массой 1 кг движется при√2 ≈ 1,4 м / с.
Количество электричества, необходимое для освещения 1 Вт светодиода в течение 1 с.

Так как джоуль также является ватт-секундой, а общая единица продажи электроэнергии домам — это кВт-ч (киловатт-час), то кВт-ч, таким образом, составляет 1000 Вт × 3600 с = 3,6 МДж (мегаджоуля).

Остальные единицы измерения

Какие единицы измерения силы существуют, помимо ньютона?

Дина — это сила, необходимая для того, чтобы сдвинуть массу 1 г с ускорением 1 сантиметра в секунду в секунду (1 см / с²). 1 N = 100 000 дин. Используется при работе с мелкими объектами.

Фут — это усилие, необходимое, чтобы дать массу 1 фунт (1 фунт) с ускорением 1 фута в секунду в секунду (1 фут / с²); 1 фунт равен 0,1382 ньютона.

Фунт — это сила, действующая на массу 1 фунт (1 фунт) с ускорением под действием силы тяжести. Это нетехническая единица силы, которая также называется весом.

Пересчетные коэффициенты

Чтобы выполнить задачу: "запишите единицы измерения силы" — нужно ознакомиться со следующими таблицами.

v⋅T⋅e	Ньютон (единица СИ)	Дина	килограмм-сила, килопонд	фут-сила	фут-сила
1 Н	⋅ 1 кг⋅м/с²	= 10⁵дин	≈ 0,10197 кп	≈ 0,22481 футов	7,2330 фунтов
1 дин	= 10⁻⁵Н	⋅ 1 г⋅см/ с²	≈ 1.0197 ⋅ 10⁻⁶кп	≈ 2,2481 ⋅ 10⁻⁶футов	≈ 7,2330⋅ ^{10-5 фунтов}
1 килопонд	= 9,80665 N	= 980665 дин	≡г_п⋅ (1 кг)	≈ 2.2046 футов	≈ 70,932 фунт
1 фут	≈ 4.448222 N	≈ 444822 дин	≈ 0,45359 кп	≡г_н⋅ 1 фут	≈ 32,174 фунт
1 фунт	≈ 0,138255 Н	≈ 13825 дин	≈ 0,014098 кп	≈ 0.031081 футов	≡ 1 фунт/ с²

Подходы к единицам массы, силы или веса показаны ниже.

v⋅T⋅e	Сила	Вес	Масса
2-й закон движения	m = F/a	F = W⋅a/г	F = m ⋅ a
система	BG GM	EE M	AE CGS MTC SI
Ускорение (а)	фут/с² м/с²	фут/с² м/с²	фут/с²; Гал; м/с² и м/с²
Масса (м)	Слаб МКГСС	фунт-масса кг	фунт; грамм; тонна и кг
Сила (F), вес (W)	Фут Килопонд	Фут-сила Килопонд	Фунт; Дина; Стен и Ньютон
Давление (р)	Фунт/дюйм² Техническая атмосфера	Фунт-сила/дюйм² ^{Атмосфера}	фунт на квадратный фут; микробар; пьеза и паскаль

Стандартные префиксы в системе измерения единиц (СИ) v⋅T⋅e.

Имя префикса		Дека	Гекто	Кило	Мега	Гига	Тера	Пета	Экса	Зетта	Иотта
Символ префикса		da	h	k	M	G	T	P	E	Z	Y
Фактор	10⁰	10¹	10²	10³	10⁶	10⁹	10¹²	10¹⁵	10¹⁸	10²¹	10²⁴
Имя дольного префикса		Дей	Санти	Милли	Микро	Нано	Пико	Фемто	Атто	Зепто	Йокто
Символ дольного префикса		d	c	m	μ	N	п	e		Z	Y
Фактор	10⁰	10^-1	10^-2	10^-3	10^-6	10^-9	10^-12	10^-15	10^-18	10^-21	10^-24