Mērvienībām fizikā ir liela nozīme praktisku uzdevumu risināšanā. Pateicoties tiem, ir iespējams noteikt iegūtā rezultāta pareizību un saprast tā kvantitatīvo vērtību salīdzinājumā ar zināmu standartu. Rakstā aplūkosim, kas ir fiziskais lielums ar mērvienību ņūtons uz metru.
Ņūtons ir spēka mērvienība
Katrs students zina, kas ir Īzaks Ņūtons un kādu ieguldījumu viņš sniedzis klasiskās mehānikas attīstībā. Ar absolūtu pārliecību varam teikt, ka dinamika kā fizikas nozare, kas pēta spēkus, ir pilnībā balstīta uz lielā angļu zinātnieka likumiem. Tāpēc starptautiskā sabiedrība nolēma spēka vienību saukt par Ņūtonu (N). Viens ņūtons ir tāds spēks, kas, iedarbojoties uz ķermeni, kas sver 1 kilogramu, norāda uz paātrinājumu 1 m/s2.
Ņūtons ir absolūti jebkura veida galvenā spēka vienība. Tomēr tā nav viena no septiņām starptautiskās SI sistēmas bāzes vienībām. Kā tas bijateikts, ka to definē ar 3 citiem pamatjēdzieniem - kilograms (masas mērs), metrs (attāluma mērs telpā) un sekunde (laika mērs).
Kas ir ņūtons uz metru?
Pēc iepazīšanās ar jēdzienu "ņūtons" kā spēku mērvienība, atgriezīsimies pie raksta tēmas. Kāda ir ņūtona vērtība, kas reizināta ar metru? Tiem, kuri nevar uzreiz atbildēt uz uzdoto jautājumu, uzrakstīsim šo darbību matemātiskā formā:
A=Fl
Ja spēka F rezultātā ķermenis pārvietojas par attālumu l, tad šo fizisko lielumu reizinājums dos spēka veikto darbu kustības virzienā.
Darbs ir enerģijas raksturlielums, to mēra džoulos (J). Viens džouls saskaņā ar darba definīciju ir enerģija, ko iztērēs 1 ņūtona spēks, pārvietojot ķermeni par 1 metru.
Atkarībā no fiziskā procesa darbu, kas tiek veltīts kustīgiem ķermeņiem, var pārvērst dažāda veida enerģijā. Piemēram, ja celtniecības celtnis paceļ betona plāksni, tad tā potenciālā enerģija gravitācijas laukā palielinās. Cits piemērs: cilvēki, pieliekot pastāvīgu spēku, kādu laiku stumj automašīnu. Daļa no ieguldītā darba tiek novirzīta rites berzes spēka pārvarēšanai un rezultātā tiek izmantota siltumenerģijā, otra daļa tiek novirzīta transportlīdzekļa kinētiskās enerģijas palielināšanai.
Tātad ņūtons uz metru ir darba vienība, ko sauc par džoulu.
Mirklisspēks
Šo vienību papildus darbam izmanto arī spēka momenta mērīšanai. Pēdējo apraksta ar tādu pašu formulu kā darbu, tomēr spēks šajā gadījumā ir vērsts kādā leņķī pret vektoru l, kas ir attālums no spēka pielikšanas punkta līdz rotācijas asij.
Neskatoties uz to, ka spēka moments ir aprakstīts darba vienībās, tā nav. To sauc arī par griezes momentu, jo tas parāda ārēja spēka spēju pagriezt sistēmu ap asi un dot tai zināmu leņķisko paātrinājumu. Ja spēka momentu reizina ar griešanās leņķi radiānos, tad iegūstam darbu. Mērvienība nemainīsies.
Spiediena mērvienība
Kā daļa no raksta tēmas, mēs arī apsvērsim, kā spiedienu mēra fizikā. Cilvēki, kuriem patīk šī zinātne, ātri sniegs pareizo atbildi, nosaucot paskālu kā vienību spiediena mērīšanai SI. Problēmās un praksē bieži rodas citas spiediena mērvienības, kuras ir ērti izmantot katrā konkrētajā gadījumā. Tātad, plaši izplatīts: atmosfēra, tors vai dzīvsudraba staba milimetrs un bārs. Katrs no tiem ir unikāli tulkots paskālos, izmantojot atbilstošo konversijas koeficientu.
Šajā rakstā mēs uzskatām spiedienu, jo tas ir cieši saistīts ar spēku. Pēc definīcijas spiediens ir lielums, kas vienāds ar spēka, kas darbojas perpendikulāri virsmai, attiecību pret šīs virsmas laukumu, tas ir:
P=F / S
No šīs vienlīdzības mēs iegūstam vienībumēra ņūtonu uz kvadrātmetru (N/m2). Vērtību 1 N/m2 sauc par paskālu franču fiziķa Blēza Paskāla vārdā, kurš izstrādāja barometru un mērīja atmosfēras spiedienu dažādos augstumos attiecībā pret jūras līmeni.
Viens paskāls ir ļoti mazs spiediena daudzums. Tās vērtību var iedomāties, ja ņemam 100 mililitrus destilēta ūdens un sadalām to 1 kvadrātmetra platībā. Piemēram, ņemiet vērā, ka atmosfēras spiediens jūras līmenī ir aptuveni 100 000 paskalu.
Pilnības labad mēs atzīmējam, ka lielumi ar mērvienību ņūtonu, kas reizināts ar kvadrātmetru, fizikā nepastāv.
Problēmas piemērs
Jānosaka, kādu darbu veica gravitācija, ja ķermenis no noteikta augstuma uz zemes virsmu nokrita 5 sekundēs. Ņemiet ķermeņa svaru, kas vienāds ar vienu kilogramu.
Gravitāciju var aprēķināt, izmantojot formulu:
F=mg=19, 81=9, 81 H
Lai noteiktu augstumu, no kura ķermenis krita, jāizmanto formula vienmērīgi paātrinātai kustībai bez sākotnējā ātruma:
h=gt2 / 2=9,8152 / 2=122,625 m
Lai darbu paveiktu gravitācijas spēks, reiziniet F un h:
A=Fh=9,81122,625 ≈ 1203 J
Gravitācija ir veikusi pozitīvu darbu aptuveni 1200 ņūtonu uz metru jeb 1,2 kilodžouliem.
