Одиниці виміру у фізиці відіграють важливу роль при вирішенні практичних завдань. Завдяки ним можна визначити правильність отриманого результату і зрозуміти його кількісну величину у порівнянні з відомим стандартом. Розглянемо у статті, що являє собою фізична величина з одиницею виміру ньютон на метр.

Ньютон — одиниця сили

Кожен школяр знає, хто такий Ісаак Ньютон і який внесок він вніс у розвиток класичної механіки. Зі стовідсотковою впевненістю можна сказати, що динаміка, як вивчає сили розділ фізики, повністю побудована на законах великого англійського вченого. Тому міжнародним співтовариством було прийнято рішення назвати одиницю вимірювання сили-ньютон (Н). Один ньютон — це така сила, яка, діючи на тіло масою 1 кілограм, повідомляє йому прискорення 1 м/с2.

Ньютон є головною одиницею вимірювання сили будь-якого виду. Тим не менш вона не входить в число семи базових одиниць міжнародної системи СІ. Як було сказано, вона визначається через 3 інші базові поняття — кілограм (міра маси), метр (міра відстані в просторі) і секунда (міра часу).

Що таке ньютон на метр?

Познайомившись з поняттям «ньютон» як одиниці вимірювання сил, повернемося до теми статті. Яка величина вийде, якщо ньютон помножити на метр? Для тих, хто відразу не може відповісти на поставлене питання, запишемо у математичному вигляді цю операцію:

A = F * l

Якщо в результаті дії сили F тіло переміщається на відстань l, то добуток цих фізичних величин дасть роботу, зроблену силою вздовж напрямку переміщення.

Робота являє собою енергетичну характеристику, вона вимірюється в джоулях (Дж). Один джоуль, згідно з визначенням роботи, це така енергія, яку витратить сила в 1 ньютон при переміщенні тіла на 1 метр.

В залежності від фізичного процесу витрачена на переміщення тіл робота може переходити в різні види енергії. Наприклад, якщо будівельний кран піднімає бетонну плиту, то її потенційна енергія в полі сили тяжіння збільшується. Інший приклад: люди, прикладаючи постійну силу, протягом деякого часу штовхають машину. Частину витраченої роботи йде на подолання сили тертя кочення і, як наслідок, переходить у теплову енергію, інша її частина йде на збільшення кінетичної енергії транспортного засобу.

Дивіться також:  "Діяльність": синонім до слова і визначення

Таким чином, ньютон на метр — це одиниця роботи, яка називається джоуль.

Момент сили

Крім роботи, зазначена одиниця також використовується для вимірювання моменту сили. Останній описується тією ж самою формулою, що і робота, проте сила в даному випадку спрямована під деяким кутом до вектора l, який являє собою відстань від точки прикладання сили до осі обертання.

Незважаючи на те, що момент сили описується в одиницях роботи, нею він не є. Його називають також крутним моментом, оскільки він показує можливість зовнішньої сили зробити поворот системи навколо осі і надати їй деякий кутове прискорення. Якщо момент сили помножити на кут повороту в радіанах, то ми отримаємо роботу. Одиниця виміру при цьому не зміниться.

Одиниця тиску

В рамках теми статті також розглянемо, у чому вимірюється тиск у фізиці. Захоплюються цією наукою люди швидко дадуть правильну відповідь, назвавши паскаль як одиницю для вимірювання тиску в СІ. В задачах і на практиці часто зустрічаються інші одиниці тиску, які зручно використовувати в кожному конкретному випадку. Так, широко поширені: атмосфера, торр або міліметр ртутного стовпа і бар. Кожна з них однозначно переводиться в паскалі, якщо скористатися відповідним переказним коефіцієнтом.

Ми розглядаємо тиск в рамках теми даної статті тому, що воно тісно пов’язане з силою. За визначенням тиск — це величина, рівна відношенню діє перпендикулярно поверхні сили до площі цієї поверхні, тобто:

P = F / S

З цієї рівності отримуємо одиницю виміру ньютон на квадратний метр (Н/м2). Величина 1 Н/м2 називається паскалем в честь французького фізика Блеза Паскаля, який сконструював барометр і виміряв їм атмосферний тиск на різних висотах відносно рівня моря.

Один паскаль — це дуже малий тиск. Його величину можна представити, якщо взяти 100 мл дистильованої води і розподілити її по площі 1 метр квадратний. Для прикладу зазначимо, що атмосферний тиск на рівні моря дорівнює приблизно 100 тисячам паскалів.

Дивіться також:  Ліквідація гетьманства на Україні: історія та цікаві факти

Для повноти зазначимо, що величини з одиницею вимірювання ньютон, помноженої на метр квадратний, у фізиці не існує.

Приклад завдання

Необхідно визначити, яку роботу зробила сила тяжіння, якщо тіло впало з деякої висоти на поверхню землі за 5 секунд. Масу тіла прийняти рівною одному кілограму.

Силу тяжіння можна розрахувати за формулою:

F = m * g = 1 * 9,81 = 9,81 Н

Щоб визначити висоту, з якої тіло впало, слід скористатися формулою для равноускоренного переміщення без початкової швидкості:

h = g * t2 / 2 = 9,81 * 52 / 2 = 122,625 м

Щоб отримати роботу сили тяжіння, слід помножити величини F і h:

A = F * h = 9,81 * 122,625 ≈ 1203 Дж

Сила тяжіння вчинила позитивну роботу приблизно 1200 ньютонів на метр, або 1,2 килоджоуля.