Maateenheden in de natuurkunde spelen een belangrijke rol bij het oplossen van praktische problemen. Dankzij hen is het mogelijk om de juistheid van het verkregen resultaat te bepalen en de kwantitatieve waarde ervan te begrijpen in vergelijking met een bekende norm. Laten we in het artikel bekijken wat een fysieke grootheid is met een maateenheid newton per meter.
Newton is een eenheid van kracht
Iedere student weet wie Isaac Newton is en welke bijdrage hij heeft geleverd aan de ontwikkeling van de klassieke mechanica. Met absolute zekerheid kunnen we zeggen dat dynamiek, als een tak van de natuurkunde die krachten bestudeert, volledig is gebouwd op de wetten van de grote Engelse wetenschapper. Daarom besloot de internationale gemeenschap om de krachteenheid de Newton (N) te noemen. Eén Newton is zo'n kracht dat, inwerkend op een lichaam van 1 kilogram, het een versnelling van 1 m/s aangeeft2.
Newton is de belangrijkste krachteenheid van welke aard dan ook. Het is echter niet een van de zeven basiseenheden van het internationale SI-systeem. Zoals het wasgezegd, het wordt gedefinieerd door 3 andere basisconcepten - een kilogram (een maat voor massa), een meter (een maat voor afstand in de ruimte) en een seconde (een maat voor tijd).
Wat is een newton per meter?
Laten we, nadat we kennis hebben gemaakt met het concept van "newton" als een eenheid voor het meten van krachten, terugkeren naar het onderwerp van het artikel. Wat is de waarde van een Newton vermenigvuldigd met een meter? Voor degenen die de gestelde vraag niet meteen kunnen beantwoorden, laten we deze bewerking in wiskundige vorm schrijven:
A=Fl
Als het lichaam als gevolg van de kracht F een afstand l aflegt, dan geeft het product van deze fysieke grootheden de arbeid van de kracht in de bewegingsrichting.
Werk is een energiekenmerk, het wordt gemeten in joule (J). Eén joule, in overeenstemming met de definitie van arbeid, is de energie die een kracht van 1 newton zal verbruiken wanneer een lichaam 1 meter wordt verplaatst.
Afhankelijk van het fysieke proces, kan het werk dat aan bewegende lichamen wordt besteed, worden omgezet in verschillende soorten energie. Als een bouwkraan bijvoorbeeld een betonplaat optilt, neemt zijn potentiële energie in het zwaartekrachtveld toe. Nog een voorbeeld: mensen duwen met constante kracht een auto enige tijd voort. Een deel van het geleverde werk gaat naar het overwinnen van de rollende wrijvingskracht en gaat als resultaat naar thermische energie, het andere deel gaat naar het verhogen van de kinetische energie van het voertuig.
Dus een newton per meter is een werkeenheid die joule wordt genoemd.
Momentsterkte
Naast werk wordt deze eenheid ook gebruikt om het moment van kracht te meten. Dit laatste wordt beschreven door dezelfde formule als de arbeid, maar de kracht is in dit geval onder een bepaalde hoek gericht op de vector l, wat de afstand is van het punt waarop de kracht wordt uitgeoefend tot de rotatie-as.
Ondanks het feit dat het moment van kracht wordt beschreven in werkeenheden, is dit niet het geval. Het wordt ook koppel genoemd, omdat het het vermogen toont van een externe kracht om het systeem rond een as te roteren en het een hoekversnelling te geven. Als het krachtmoment wordt vermenigvuldigd met de rotatiehoek in radialen, dan krijgen we het werk. De maateenheid zal niet veranderen.
Eenheid van druk
Als onderdeel van het onderwerp van het artikel zullen we ook bekijken hoe druk wordt gemeten in de natuurkunde. Mensen die dol zijn op deze wetenschap zullen snel het juiste antwoord geven en de pascal noemen als een eenheid voor het meten van druk in SI. In problemen en in de praktijk komen vaak andere drukeenheden voor, die in elk specifiek geval handig zijn om te gebruiken. Dus wijdverbreid: atmosfeer, torr of millimeter kwik en bar. Elk van hen is uniek vertaald in Pascals, met behulp van de juiste conversiefactor.
We beschouwen druk binnen het bestek van dit artikel omdat het nauw verwant is aan geweld. Per definitie is druk een hoeveelheid die gelijk is aan de verhouding van de kracht die loodrecht op het oppervlak werkt tot het oppervlak van dit oppervlak, dat wil zeggen:
P=V / S
Van deze gelijkheid krijgen we eenheidmeet newton per vierkante meter (N/m2). De waarde van 1 N/m2 heet pascal naar de Franse natuurkundige Blaise Pascal, die de barometer ontwierp en de atmosferische druk op verschillende hoogten ten opzichte van de zeespiegel meet.
Eén pascal is een zeer kleine hoeveelheid druk. De waarde ervan kan worden voorgesteld als we 100 milliliter gedestilleerd water nemen en dit over een oppervlakte van 1 vierkante meter verdelen. Merk bijvoorbeeld op dat de atmosferische druk op zeeniveau ongeveer 100.000 pascal is.
Voor de volledigheid merken we op dat grootheden met de maateenheid newton vermenigvuldigd met een vierkante meter niet bestaan in de natuurkunde.
Voorbeeld probleem
Het is noodzakelijk om te bepalen welk werk door de zwaartekracht is gedaan als het lichaam in 5 seconden van een bepaalde hoogte naar het aardoppervlak zou vallen. Neem het lichaamsgewicht gelijk aan één kilogram.
Zwaartekracht kan worden berekend met de formule:
F=mg=19, 81=9, 81 H
Om de hoogte te bepalen van waaruit het lichaam viel, moet u de formule gebruiken voor eenparig versnelde beweging zonder beginsnelheid:
h=gt2 / 2=9.8152 / 2=122.625 m
Om het werk gedaan te krijgen door de zwaartekracht, vermenigvuldig F en h:
A=Fh=9,81122,625 ≈ 1203 J
Zwaartekracht heeft positief werk verricht van ongeveer 1200 Newton per meter, ofwel 1,2 kilojoule.
