Единицы измерения ньютон на метр и ньютон на метр квадратный. Пример задачи

Единицы измерения в физике играют важную роль при решении практических задач. Благодаря ним можно определить правильность полученного результата и понять его количественную величину в сравнении с известным стандартом. Рассмотрим в статье, что представляет собой физическая величина с единицей измерения ньютон на метр.

Ньютон - единица силы

Каждый школьник знает, кто такой Исаак Ньютон и какой вклад он внес в развитие классической механики. Со стопроцентной уверенностью можно сказать, что динамика, как изучающий силы раздел физики, полностью построена на законах великого английского ученого. Поэтому международным сообществом было принято решение назвать единицу измерения силы ньютоном (Н). Один ньютон - это такая сила, которая, действуя на тело массой 1 килограмм, сообщает ему ускорение 1 м/с².

Ньютон является главной единицей измерения силы абсолютно любого вида. Тем не менее она не входит в число семи базовых единиц международной системы СИ. Как было сказано, она определяется через 3 другие базовые понятия - килограмм (мера массы), метр (мера расстояния в пространстве) и секунда (мера времени).

Что такое ньютон на метр?

Познакомившись с понятием "ньютон" как единицы измерения сил, вернемся к теме статьи. Какая величина получится, если ньютон умножить на метр? Для тех, кто сразу не может ответить на поставленный вопрос, запишем в математическом виде эту операцию:

A = F * l

Если в результате действия силы F тело перемещается на расстояние l, то произведение этих физических величин даст работу, совершенную силой вдоль направления перемещения.

Работа представляет собой энергетическую характеристику, она измеряется в джоулях (Дж). Один джоуль, в соответствии с определением работы, это такая энергия, которую затратит сила в 1 ньютон при перемещении тела на 1 метр.

В зависимости от физического процесса затраченная на перемещение тел работа может переходить в различные виды энергии. Например, если строительный кран поднимает бетонную плиту, то ее потенциальная энергия в поле силы тяжести увеличивается. Другой пример: люди, прикладывая постоянную силу, в течение некоторого времени толкают машину. Часть затраченной работы идет на преодоление силы трения качения и, как следствие, переходит в тепловую энергию, другая ее часть идет на увеличение кинетической энергии транспортного средства.

Таким образом, ньютон на метр - это единица работы, которая называется джоуль.

Момент силы

Помимо работы, указанная единица также используется для измерения момента силы. Последний описывается той же самой формулой, что и работа, однако сила в данном случае направлена под некоторым углом к вектору l, который представляет собой расстояние от точки приложения силы до оси вращения.

Несмотря на то что момент силы описывается в единицах работы, ею он не является. Его называют также крутящим моментом, поскольку он показывает возможность внешней силы совершить поворот системы вокруг оси и придать ей некоторое угловое ускорение. Если момент силы умножить на угол поворота в радианах, то мы получим работу. Единица измерения при этом не изменится.

Единица давления

В рамках темы статьи также рассмотрим, в чем измеряется давление в физике. Увлекающиеся этой наукой люди дадут быстро правильный ответ, назвав паскаль как единицу для измерения давления в СИ. В задачах и на практике часто встречаются другие единицы давления, которые удобно использовать в каждом конкретном случае. Так, широко распространены: атмосфера, торр или миллиметр ртутного столба и бар. Каждая из них однозначно переводится в паскали, если воспользоваться соответствующим переводным коэффициентом.

Мы рассматриваем давление в рамках темы данной статьи потому, что оно тесным образом связано с силой. По определению давление - это величина, равная отношению действующей перпендикулярно поверхности силы к площади этой поверхности, то есть:

P = F / S

Из этого равенства получаем единицу измерения ньютон на метр квадратный (Н/м²). Величина 1 Н/м² называется паскалем в честь французского физика Блеза Паскаля, который сконструировал барометр и измерил им атмосферное давление на разных высотах относительно уровня моря.

Один паскаль - это очень маленькое давление. Его величину можно представить, если взять 100 миллилитров дистиллированной воды и распределить ее по площади 1 метр квадратный. Для примера отметим, что атмосферное давление на уровне моря приблизительно равно 100 тысячам паскалей.

Для полноты отметим, что величины с единицей измерения ньютон, умноженной на метр квадратный, в физике не существует.

Пример задачи

Необходимо определить, какую работу совершила сила тяжести, если тело упало с некоторой высоты на поверхность земли за 5 секунд. Массу тела принять равной одному килограмму.

Силу тяжести рассчитать можно по формуле:

F = m * g = 1 * 9,81 = 9,81 Н

Чтобы определить высоту, с которой тело упало, следует воспользоваться формулой для равноускоренного перемещения без начальной скорости:

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

Чтобы получить работу силы тяжести, следует умножить величины F и h:

A = F * h = 9,81 * 122,625 ≈ 1203 Дж

Сила тяжести совершила положительную работу приблизительно 1200 ньютонов на метр, или 1,2 килоджоуля.