واحدهای اندازه گیری در فیزیک نقش مهمی در حل مسائل عملی دارند. با تشکر از آنها، می توان صحت نتیجه به دست آمده را تعیین کرد و مقدار کمی آن را در مقایسه با یک استاندارد شناخته شده درک کرد. بیایید در مقاله در نظر بگیریم که یک کمیت فیزیکی با واحد اندازه گیری نیوتن در متر چیست.
نیوتن یک واحد نیرو است
هر دانش آموزی می داند که اسحاق نیوتن کیست و چه سهمی در توسعه مکانیک کلاسیک داشته است. با اطمینان مطلق می توان گفت که دینامیک به عنوان شاخه ای از فیزیک که نیروها را مطالعه می کند، کاملاً بر اساس قوانین دانشمند بزرگ انگلیسی بنا شده است. بنابراین جامعه بین المللی تصمیم گرفت که واحد نیرو را نیوتن (N) بنامد. یک نیوتن چنان نیرویی است که بر روی جسمی با وزن 1 کیلوگرم، شتاب 1 متر بر ثانیه را به آن می‌گوید2.
نیوتن واحد اصلی نیروی مطلقاً از هر نوعی است. با این حال، یکی از هفت واحد پایه سیستم بین المللی SI نیست. آن گونه که بودگفته می شود که از طریق 3 مفهوم اساسی دیگر تعریف می شود - یک کیلوگرم (معیار جرم)، یک متر (اندازه گیری فاصله در فضا) و یک ثانیه (اندازه گیری زمان).
نیوتن بر متر چیست؟
بعد از آشنایی با مفهوم "نیوتن" به عنوان واحد اندازه گیری نیروها، به موضوع مقاله برمی گردیم. مقدار نیوتن ضرب در متر چقدر است؟ برای کسانی که نمی توانند بلافاصله به سؤال مطرح شده پاسخ دهند، بیایید این عملیات را به شکل ریاضی بنویسیم:
A=Fl
اگر در نتیجه نیروی F، جسم با فاصله l حرکت کند، حاصل ضرب این مقادیر فیزیکی کار انجام شده توسط نیروی در جهت حرکت را نشان می دهد.
کار یک مشخصه انرژی است که با ژول (J) اندازه گیری می شود. یک ژول، مطابق با تعریف کار، انرژی است که نیروی 1 نیوتن در هنگام حرکت یک متری جسم صرف می کند.
بسته به فرآیند فیزیکی، کار صرف شده روی اجسام متحرک می تواند به انواع مختلفی از انرژی تبدیل شود. به عنوان مثال، اگر جرثقیل ساختمانی یک دال بتنی را بلند کند، انرژی پتانسیل آن در میدان گرانش افزایش می یابد. مثال دیگر: افراد با اعمال نیروی ثابت، ماشین را برای مدتی هل می دهند. بخشی از کار صرف شده صرف غلبه بر نیروی اصطکاک غلت می شود و در نتیجه به انرژی حرارتی می رود و بخشی دیگر صرف افزایش انرژی جنبشی وسیله نقلیه می شود.
بنابراین یک نیوتن بر متر واحدی از کار است که ژول نامیده می شود.
لحظهقدرت
علاوه بر کار، از این واحد برای اندازه گیری گشتاور نیرو نیز استفاده می شود. دومی با همان فرمول کار توصیف می شود، با این حال، نیرو در این مورد در زاویه ای به بردار l هدایت می شود، که فاصله از نقطه اعمال نیرو تا محور چرخش است.
علیرغم اینکه لحظه نیرو در واحدهای کار توصیف می شود، اینطور نیست. گشتاور نیز نامیده می شود، زیرا توانایی یک نیروی خارجی را برای چرخاندن سیستم حول یک محور و دادن مقداری شتاب زاویه ای به آن نشان می دهد. اگر ممان نیرو در زاویه چرخش بر حسب رادیان ضرب شود، کار به دست می آید. واحد اندازه گیری تغییر نخواهد کرد.
واحد فشار
به عنوان بخشی از موضوع مقاله، نحوه اندازه گیری فشار در فیزیک را نیز در نظر خواهیم گرفت. افرادی که به این علم علاقه دارند به سرعت پاسخ صحیح را می دهند و از پاسکال به عنوان واحد اندازه گیری فشار در SI نام می برند. در مشکلات و در عمل، واحدهای فشار دیگری اغلب مواجه می شوند که استفاده از آنها در هر مورد خاص راحت است. بنابراین، گسترده: جو، تورر یا میلی متر جیوه و نوار. هر یک از آنها با استفاده از ضریب تبدیل مناسب به پاسکال ترجمه شده است.
ما فشار را در محدوده این مقاله در نظر می گیریم زیرا ارتباط نزدیکی با زور دارد. طبق تعریف، فشار مقداری است برابر با نسبت نیروی عمود بر سطح به مساحت این سطح، یعنی:
P=F / S
از این برابری واحد به دست می آیدنیوتن را در هر متر مربع اندازه گیری کنید (N/m2). مقدار 1 N/m2 به نام فیزیکدان فرانسوی بلز پاسکال، پاسکال نامیده می شود که فشارسنج را طراحی کرد و فشار اتمسفر را در ارتفاعات مختلف نسبت به سطح دریا اندازه گیری کرد.
یک پاسکال مقدار بسیار کمی فشار است. ارزش آن را می توان تصور کرد اگر 100 میلی لیتر آب مقطر برداریم و آن را در مساحت 1 متر مربع توزیع کنیم. برای مثال، توجه داشته باشید که فشار اتمسفر در سطح دریا تقریباً 100000 پاسکال است.
برای کامل بودن، توجه می کنیم که مقادیری با واحد اندازه گیری نیوتن ضرب در متر مربع در فیزیک وجود ندارند.
مشکل مثال
لازم است مشخص شود که اگر جسم در مدت ۵ ثانیه از ارتفاع معینی به سطح زمین بیفتد، چه کاری توسط گرانش انجام شده است. وزن بدن را برابر با یک کیلوگرم بگیرید.
جاذبه را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:
F=mg=19، 81=9، 81 H
برای تعیین ارتفاعی که بدن از آن سقوط کرده است، باید از فرمول حرکت شتاب یکنواخت بدون سرعت اولیه استفاده کنید:
h=gt2 / 2=9.8152 / 2=122.625 متر
برای انجام کار توسط گرانش، F و h را ضرب کنید:
A=Fh=9.81122.625 ≈ 1203 J
گرانش کار مثبت تقریباً 1200 نیوتن بر متر یا 1.2 کیلوژول انجام داده است.
