יחידות מדידה בפיזיקה ממלאות תפקיד חשוב בפתרון בעיות מעשיות. בזכותם ניתן לקבוע את נכונות התוצאה המתקבלת ולהבין את ערכה הכמותי בהשוואה לתקן ידוע. הבה נבחן במאמר מהי גודל פיזיקלי עם יחידת מידה ניוטון למטר.
ניוטון היא יחידת כוח
כל תלמיד יודע מיהו אייזק ניוטון ואיזו תרומה הוא תרם לפיתוח המכניקה הקלאסית. בוודאות מוחלטת, ניתן לומר שהדינמיקה, כענף בפיזיקה החוקר כוחות, בנויה לחלוטין על חוקיו של המדען האנגלי הגדול. לכן, הקהילה הבינלאומית החליטה לקרוא ליחידת הכוח ניוטון (N). ניוטון אחד הוא כוח כזה שפועל על גוף ששוקל 1 קילוגרם אומר לו תאוצה של 1 m/s2.
ניוטון היא יחידת הכוח העיקרית מכל סוג שהוא. עם זאת, היא אינה אחת משבע יחידות הבסיס של מערכת ה-SI הבינלאומית. כמו שזה היהכאמור, הוא מוגדר באמצעות 3 מושגים בסיסיים אחרים - קילוגרם (מידה של מסה), מטר (מדד של מרחק במרחב) ושנייה (מדד של זמן).
מה זה ניוטון למטר?
לאחר היכרות עם המושג "ניוטון" כיחידת מדידה של כוחות, נחזור לנושא המאמר. מה ערכו של ניוטון כפול מטר? למי שלא יכול לענות מיד על השאלה שנשאלה, בוא נכתוב את הפעולה הזו בצורה מתמטית:
A=Fl
אם, כתוצאה מהכוח F, הגוף נע למרחק l, אז המכפלה של הכמויות הפיזיקליות הללו ייתן את העבודה שעשה הכוח לאורך כיוון התנועה.
עבודה היא מאפיין אנרגיה, היא נמדדת בג'אול (J). ג'אול אחד, בהתאם להגדרה של עבודה, הוא האנרגיה שכוח של 1 ניוטון יוציא בעת הזזת גוף 1 מטר.
בהתאם לתהליך הפיזי, ניתן להמיר את העבודה המושקעת בתנועה של גופים לסוגים שונים של אנרגיה. לדוגמה, אם מנוף בנייה מרים לוח בטון, אזי האנרגיה הפוטנציאלית שלו בתחום הכבידה עולה. דוגמה נוספת: אנשים, מפעילים כוח קבוע, דוחפים מכונית לזמן מה. חלק מהעבודה שהושקעה נועד להתגבר על כוח החיכוך המתגלגל, וכתוצאה מכך, נכנס לאנרגיה תרמית, החלק השני נועד להגברת האנרגיה הקינטית של הרכב.
אז ניוטון למטר הוא יחידת עבודה שנקראת ג'ול.
רגעכוח
מלבד עבודה, יחידה זו משמשת גם למדידת רגע הכוח. האחרון מתואר באותה נוסחה כמו העבודה, אולם הכוח במקרה זה מופנה בזווית כלשהי לווקטור l, שהוא המרחק מנקודת הפעלת הכוח לציר הסיבוב.
למרות העובדה שרגע הכוח מתואר ביחידות עבודה, הוא לא. זה נקרא גם מומנט, מכיוון שהוא מראה את יכולתו של כוח חיצוני לסובב את המערכת סביב ציר ולתת לה תאוצה זוויתית מסוימת. אם רגע הכוח מוכפל בזווית הסיבוב ברדיאנים, נקבל את העבודה. יחידת המידה לא תשתנה.
יחידת לחץ
כחלק מהנושא של המאמר, נשקול גם כיצד נמדד לחץ בפיזיקה. אנשים שאוהבים את המדע הזה יתנו במהירות את התשובה הנכונה, ויתנו את שם הפסקל כיחידה למדידת לחץ ב-SI. בבעיות ובפועל נתקלים לא פעם ביחידות לחץ אחרות, שנוחות לשימוש בכל מקרה ספציפי. אז, נפוץ: אטמוספירה, טורר או מילימטר של כספית ובר. כל אחד מהם מתורגם באופן ייחודי לפסקל, תוך שימוש במקדם ההמרה המתאים.
אנו רואים לחץ במסגרת מאמר זה מכיוון שהוא קשור קשר הדוק לכוח. בהגדרה, לחץ הוא כמות השווה ליחס בין הכוח הפועל בניצב לפני השטח לשטח של משטח זה, כלומר:
P=F / S
מהשוויון הזה אנחנו מקבלים יחידהלמדוד ניוטון למ ר (N/m2). הערך של 1 N/m2 נקרא פסקל על שם הפיזיקאי הצרפתי Blaise Pascal, שתכנן את הברומטר ומדד לחץ אטמוספרי בגבהים שונים ביחס לגובה פני הים.
פסקל אחד הוא כמות קטנה מאוד של לחץ. ניתן לדמיין את ערכו אם ניקח 100 מיליליטר מים מזוקקים ונפיץ אותם על פני שטח של מטר מרובע. לדוגמה, שים לב שהלחץ האטמוספרי בגובה פני הים הוא כ-100,000 פסקל.
למען השלמות, נציין שכמויות עם יחידת המידה ניוטון כפול מטר מרובע אינן קיימות בפיזיקה.
בעיה לדוגמה
יש צורך לקבוע איזו עבודה נעשתה על ידי כוח הכבידה אם הגוף נפל מגובה מסוים אל פני כדור הארץ תוך 5 שניות. קח את משקל הגוף שווה לקילוגרם אחד.
ניתן לחשב את כוח המשיכה באמצעות הנוסחה:
F=mg=19, 81=9, 81 H
כדי לקבוע את הגובה ממנו נפל הגוף, עליך להשתמש בנוסחה לתנועה מואצת אחידה ללא מהירות התחלתית:
h=gt2 / 2=9.8152 / 2=122.625 m
כדי לבצע את העבודה באמצעות כוח המשיכה, הכפל F ו-h:
A=Fh=9.81122.625 ≈ 1203 J
Gravity עשתה עבודה חיובית של כ-1200 ניוטון למטר, או 1.2 קילוג'אול.
