Физикадағы өлшем бірліктері практикалық есептерді шешуде маңызды рөл атқарады. Олардың арқасында алынған нәтиженің дұрыстығын анықтауға және белгілі стандартпен салыстырғанда оның сандық мәнін түсінуге болады. Мақалада метрге Ньютон өлшем бірлігі бар физикалық шама дегеніміз не екенін қарастырайық.
Ньютон – күш бірлігі
Әр студент Исаак Ньютонның кім екенін және оның классикалық механиканың дамуына қандай үлес қосқанын біледі. Абсолютті сенімділікпен динамика физиканың күштерді зерттейтін саласы ретінде толығымен ұлы ағылшын ғалымының заңдарына негізделген деп айта аламыз. Сондықтан халықаралық қауымдастық күш бірлігін Ньютон (N) деп атауға шешім қабылдады. Бір Ньютон салмағы 1 кг денеге әсер ететін күш, оған 1 м/с үдеу береді2.
Ньютон – кез келген түрдегі күштің негізгі бірлігі. Дегенмен, ол халықаралық SI жүйесінің жеті негізгі бірлігінің бірі емес. Бұрынғыдайол тағы 3 негізгі ұғым арқылы анықталады - килограмм (масса өлшемі), метр (кеңістіктегі қашықтық өлшемі) және секунд (уақыт өлшемі).
Бір метрге Ньютон дегеніміз не?
Күштердің өлшем бірлігі ретінде «ньютон» түсінігімен танысқаннан кейін мақала тақырыбына оралайық. Ньютонның метрге көбейтіндісінің мәні қандай? Қойылған сұраққа бірден жауап бере алмайтындар үшін бұл операцияны математикалық түрде жазайық:
A=Fl
Егер F күшінің әсерінен дене l қашықтыққа жылжыса, онда бұл физикалық шамалардың көбейтіндісі қозғалыс бағыты бойынша күштің жасаған жұмысын береді.
Жұмыс – энергетикалық сипаттама, ол джоульмен (Дж) өлшенеді. Жұмыстың анықтамасына сәйкес бір джоуль денені 1 метрге жылжытқанда 1 Ньютон күш жұмсайтын энергия болып табылады.
Физикалық процеске байланысты қозғалыстағы денелерге жұмсалатын жұмыс энергияның әртүрлі түріне айналуы мүмкін. Мысалы, құрылыс краны бетон плитасын көтерсе, онда оның ауырлық күшіндегі потенциалдық энергиясы артады. Тағы бір мысал: адамдар тұрақты күш қолданып, көлікті біраз уақытқа итермелейді. Жұмсалған жұмыстың бір бөлігі домалау үйкеліс күшін жеңуге жұмсалады және нәтижесінде жылу энергиясына кетеді, екінші бөлігі көліктің кинетикалық энергиясын арттыруға кетеді.
Сонымен метрге шаққандағы Ньютон джоуль деп аталатын жұмыс бірлігі болып табылады.
Сәткүш
Жұмыстан басқа бұл бірлік күш моментін өлшеу үшін де қолданылады. Соңғысы жұмыс сияқты формуламен сипатталады, алайда бұл жағдайда күш l векторына қандай да бір бұрышпен бағытталған, бұл күш әсер ету нүктесінен айналу осіне дейінгі қашықтық.
Күш моменті жұмыс бірліктерімен сипатталғанымен, олай емес. Оны момент деп те атайды, өйткені ол сыртқы күштің жүйені ось айналасында айналдыру және оған кейбір бұрыштық үдеу беру қабілетін көрсетеді. Егер күш моментін радиандағы айналу бұрышына көбейтсе, онда жұмысты аламыз. Өлшем бірлігі өзгермейді.
Қысым бірлігі
Мақала тақырыбының бір бөлігі ретінде біз физикада қысымның қалай өлшенетінін де қарастырамыз. Бұл ғылымды жақсы көретін адамдар СИ-де қысымды өлшеу бірлігі ретінде паскальді атай отырып, дұрыс жауапты тез береді. Мәселелерде және тәжірибеде қысымның басқа бірліктері жиі кездеседі, олар әрбір нақты жағдайда қолдануға ыңғайлы. Сонымен, кең таралған: атмосфера, торр немесе сынаптың миллиметрі және бар. Олардың әрқайсысы сәйкес түрлендіру коэффициентін пайдаланып, Паскаль тіліне бірегей түрде аударылады.
Біз қысымды осы мақаланың аясында қарастырамыз, себебі ол күшпен тығыз байланысты. Анықтау бойынша қысым бұл бетке перпендикуляр әсер ететін күштің осы беттің ауданына қатынасына тең шама, яғни:
P=F / S
Осы теңдіктен бірлік аламызшаршы метрге Ньютонды өлшеңіз (N/m2). 1 N/m2 мәні барометрді құрастырған және теңіз деңгейіне қатысты әртүрлі биіктікте атмосфералық қысымды өлшеген француз физигі Блез Паскальдың атымен паскаль деп аталады.
Бір паскаль - қысымның өте аз мөлшері. Егер біз 100 миллилитр тазартылған суды алып, оны 1 шаршы метр аумаққа таратсақ, оның мәнін елестетуге болады. Мысалы, теңіз деңгейіндегі атмосфералық қысым шамамен 100 000 паскаль екенін ескеріңіз.
Толық болу үшін Ньютонды шаршы метрге көбейткен өлшем бірлігі бар шамалар физикада жоқ екенін ескереміз.
Мысалы мәселе
Дене белгілі бір биіктіктен жер бетіне 5 секундта құласа, тартылыс күші қандай жұмыс атқарғанын анықтау керек. Бір келіге тең дене салмағын алыңыз.
Гравитацияны мына формула арқылы есептеуге болады:
F=mg=19, 81=9, 81 H
Дененің құлаған биіктігін анықтау үшін бастапқы жылдамдықсыз біркелкі жылдам қозғалыс формуласын қолдану керек:
h=gt2 / 2=9,8152 / 2=122,625 м
Жұмысты ауырлық күшімен орындау үшін F және h көбейтіңіз:
A=Fh=9,81122,625 ≈ 1203 J
Гравитация бір метрге шамамен 1200 Ньютон немесе 1,2 килоджоуль оң жұмыс жасады.
