Η δύναμη είναι ένας φυσικός όρος που ορίζεται ως επιρροή που προκαλεί ένα αντικείμενο να αλλάξει την ταχύτητα ή την κατεύθυνση κίνησης ή περιστροφής του. Οι δυνάμεις μπορούν να επιταχύνουν τα αντικείμενα τραβώντας ή σπρώχνοντας. Η σχέση μεταξύ δύναμης, μάζας και επιτάχυνσης ορίστηκε από τον Ισαάκ Νεύτωνα στον 2ο νόμο του Νεύτωνα, ο οποίος δηλώνει ότι η δύναμη ενός αντικειμένου είναι το προϊόν της μάζας και της επιτάχυνσής του. Αν θέλετε να μάθετε πώς να μετρήσετε τη δύναμη, απλώς ακολουθήστε αυτά τα βήματα.
Βήμα
Μέθοδος 1 από 2: Δύναμη μέτρησης
Βήμα 1. Κατανοήστε τη σχέση μεταξύ δύναμης, μάζας και επιτάχυνσης
Η δύναμη ενός αντικειμένου είναι απλώς το γινόμενο της μάζας του και της επιτάχυνσής του. Αυτή η σχέση μπορεί να οριστεί με τον ακόλουθο τύπο: Δύναμη = Μάζα x Επιτάχυνση.
Ακολουθούν μερικά άλλα πράγματα που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά τη μέτρηση της δύναμης:
- Η τυπική μονάδα μάζας είναι το κιλό (kg).
- Η τυπική μονάδα επιτάχυνσης είναι m/s2.
- Η τυπική μονάδα δύναμης είναι το newton (N). Ο Newton είναι μια παράγωγη μονάδα. 1N = 1 kg x 1m/s2.
Βήμα 2. Μετρήστε τη μάζα του δοθέντος αντικειμένου
Η μάζα ενός αντικειμένου είναι η ποσότητα της ύλης που περιέχεται σε αυτό. Η μάζα ενός αντικειμένου δεν αλλάζει ποτέ, ανεξάρτητα από τον πλανήτη που βρίσκεται. ενώ το βάρος ποικίλλει ανάλογα με τη βαρυτική έλξη. Η μάζα σας στη Γη και στη Σελήνη είναι η ίδια. Στο μετρικό σύστημα, η μάζα μπορεί να γραφτεί σε γραμμάρια ή χιλιόγραμμα. Ας υποθέσουμε ότι το αντικείμενο που χρησιμοποιούμε είναι ένα φορτηγό με μάζα 1000 κιλά
- Για να βρείτε τη μάζα ενός δεδομένου αντικειμένου, τοποθετήστε το σε τριπλή ή διπλή ισορροπία. Αυτή η ισορροπία θα μετρήσει τη μάζα σε κιλά ή γραμμάρια.
- Στο αυτοκρατορικό σύστημα, η μάζα μπορεί να εκφραστεί σε λίρες (λίρες). Δεδομένου ότι η δύναμη μπορεί επίσης να εκφραστεί σε αυτές τις μονάδες, ο όρος "λίβρα-μάζα" επινοήθηκε για να διακρίνει τη χρήση του. Ωστόσο, αν βρείτε τη μάζα ενός αντικειμένου εκφρασμένη σε λίρες, απλώς πολλαπλασιάστε την με 0,45 για να βρείτε την τιμή σε χιλιόγραμμα.
Βήμα 3. Μετρήστε την επιτάχυνση του αντικειμένου
Στη φυσική, η επιτάχυνση ορίζεται ως η μεταβολή της ταχύτητας, η οποία ορίζεται ως η ταχύτητα σε μια δεδομένη κατεύθυνση, ανά μονάδα χρόνου. Εκτός από επιταχυνόμενη, η επιτάχυνση μπορεί επίσης να οριστεί ως επιβράδυνση ή αλλαγή κατεύθυνσης. Όπως η ταχύτητα μπορεί να μετρηθεί με ένα ταχύμετρο, η επιτάχυνση μπορεί επίσης να μετρηθεί με ένα επιταχυνσιόμετρο. Αφήστε την επιτάχυνση του φορτηγού με μάζα 1000 κιλά είναι 3m/s2.
- Στο μετρικό σύστημα, η ταχύτητα γράφεται σε εκατοστά ανά δευτερόλεπτο ή μέτρα ανά δευτερόλεπτο και η επιτάχυνση γράφεται σε εκατοστά ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο (εκατοστά ανά δευτερόλεπτο σε τετράγωνο) ή μέτρα ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο (μέτρα ανά δευτερόλεπτο σε τετράγωνο).
- Στο αυτοκρατορικό σύστημα, ένας τρόπος έκφρασης της ταχύτητας είναι τα πόδια ανά δευτερόλεπτο. Έτσι, η επιτάχυνση μπορεί επίσης να εκφραστεί σε μονάδες ποδιών ανά δευτερόλεπτο.
Βήμα 4. Πολλαπλασιάστε τη μάζα του αντικειμένου με την επιτάχυνσή του
Το αποτέλεσμα είναι μια τιμή στυλ. Απλώς συνδέστε τους αριθμούς που έχουν ληφθεί στην εξίσωση και θα γνωρίζετε τη δύναμη ενός αντικειμένου. Θυμηθείτε να γράψετε την απάντησή σας στο netwon (N).
- Δύναμη = Μάζα x Επιτάχυνση
- Δύναμη = 1000 kg x 3m/s2
- Δύναμη = 3000Ν
Μέθοδος 2 από 2: Περισσότερες περίπλοκες έννοιες
Βήμα 1. Βρείτε τη μάζα εάν γνωρίζετε τη δύναμη και την επιτάχυνση
Εάν γνωρίζετε τη δύναμη και την επιτάχυνση ενός αντικειμένου, απλώς συνδέστε τις τιμές στον ίδιο τύπο για να βρείτε τη μάζα του αντικειμένου. Δείτε πώς να το κάνετε:
- Δύναμη = Μάζα x Επιτάχυνση
- 3Ν = Μάζα x 3m/s2
- Μάζα = 3N/3m/s2
- Μάζα = 1 κιλό
Βήμα 2. Βρείτε την επιτάχυνση εάν γνωρίζετε τη δύναμη και τη μάζα
Εάν γνωρίζετε τη δύναμη και τη μάζα ενός αντικειμένου, απλώς συνδέστε τις τιμές στον ίδιο τύπο για να βρείτε την επιτάχυνση του αντικειμένου. Δείτε πώς να το κάνετε:
- Δύναμη = Μάζα x Επιτάχυνση
- 10N = 2 kg x Επιτάχυνση
- Επιτάχυνση = 10N/2kg
- Επιτάχυνση = 5m/s2
Βήμα 3. Βρείτε την επιτάχυνση ενός αντικειμένου
Αν θέλετε να μάθετε τη δύναμη ενός αντικειμένου, μπορείτε να υπολογίσετε την επιτάχυνσή του αρκεί να γνωρίζετε τη μάζα του. Το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να χρησιμοποιήσετε έναν τύπο για να βρείτε την επιτάχυνση ενός αντικειμένου. Ο τύπος είναι (Επιτάχυνση = Τελική ταχύτητα - Αρχική ταχύτητα)/Χρόνος.
- Παράδειγμα: Ένας δρομέας έχει ταχύτητα 6 m/2 σε 10 δευτερόλεπτα. Ποια είναι η επιτάχυνση;
- Η τελική ταχύτητα είναι 6 m/s. Η αρχική του ταχύτητα είναι 0 m/s. Ο χρόνος είναι 10 s.
- Επιτάχυνση = (6 m/s - 0 m/s)/10s = 6/10s = 0.6m/s2
Συμβουλές
- Η μάζα μπορεί επίσης να γραφτεί σε γυμνοσάλιαγκες, με ένα γυμνοσάλιαγκα να είναι ίσο με 32.174 κιλά μάζας. Μια σκωρία είναι η ποσότητα μάζας που μπορεί να επιταχυνθεί κατά 1 λίβρα δύναμης με επιτάχυνση 1 πόδι ανά δευτερόλεπτο. Όταν πολλαπλασιάζουμε τη μάζα σε γυμνοσάλιαγκες με την επιτάχυνση σε πόδια ανά δευτερόλεπτο, η σταθερά μετατροπής δεν χρησιμοποιείται.
- Έτσι, μια μάζα 640 λιβρών που επιταχύνεται στα 5 πόδια ανά δευτερόλεπτο έχει τετραγωνική δύναμη κατά προσέγγιση 640 επί 5 διαιρούμενη με 32 ή 100 λίβρες δύναμης.
- Βάρος είναι η μάζα που επηρεάζεται από την επιτάχυνση λόγω βαρύτητας. Στην επιφάνεια της Γης, η επιτάχυνση είναι περίπου 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο σε τετραγωνικό (9.8065) ή 32 πόδια ανά δευτερόλεπτο σε τετράγωνο (32, 174). Έτσι, στο μετρικό σύστημα, μια μάζα 100 kg ισοδυναμεί με 980 newtons και μια μάζα 100 γραμμαρίων ισοδυναμεί με 980 dynes. Στο βρετανικό σύστημα, η μάζα και το βάρος μπορούν να γραφτούν στις ίδιες μονάδες, έτσι ώστε 100 κιλά μάζας να ζυγίζει 100 λίβρες (100 λίβρες δύναμης). Δεδομένου ότι μια ισορροπία ελατηρίου μετρά την έλξη της βαρύτητας σε ένα αντικείμενο, στην πραγματικότητα μετρά το βάρος και όχι τη μάζα. (Στην καθημερινή χρήση, δεν υπάρχει διαφορά, αρκεί να εφαρμόζεται βαρύτητα στην επιφάνεια της Γης.)
- Διαιρέστε το αποτέλεσμα με τη σταθερά μετατροπής εάν χρησιμοποιείτε αγγλικές μονάδες. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, η λίρα μπορεί να είναι μονάδα μάζας ή δύναμης στο βρετανικό σύστημα. όταν χρησιμοποιείται ως μονάδα δύναμης, η λίρα ονομάζεται λίβρα δύναμης. Η σταθερά μετατροπής είναι 32,174 λίβρες-πόδια ανά λίβρα δύναμης δεύτερου τετραγώνου. 32, 174 είναι η τιμή της επιτάχυνσης λόγω της βαρύτητας της Γης σε πόδια ανά τετραγωνικό τετράγωνο. (Για να απλοποιήσουμε τα μαθηματικά, θα στρογγυλοποιήσουμε την τιμή στο 32.)
- Σημειώστε ότι η σχέση μεταξύ δύναμης, μάζας και επιτάχυνσης σημαίνει ότι ένα αντικείμενο με μικρή μάζα και μεγάλη επιτάχυνση μπορεί να έχει την ίδια δύναμη με ένα αντικείμενο με μεγάλη μάζα και μικρή επιτάχυνση.
- Μια μάζα 150 κιλών με επιτάχυνση 10 μέτρα ανά δευτερόλεπτο έχει δύναμη 150 φορές 10, ή 1500 κιλά μέτρα ανά δευτερόλεπτο. (Ένα κιλό μέτρο ανά δευτερόλεπτο σε τετράγωνο ονομάζεται newton.)
- Τα στυλ μπορεί να έχουν ειδικά ονόματα ανάλογα με την επίδρασή τους σε ένα αντικείμενο. Η δύναμη που προκαλεί την επιτάχυνση ενός αντικειμένου ονομάζεται ώθηση, ενώ η δύναμη που προκαλεί επιβράδυνση ενός αντικειμένου είναι έλξη. Η δύναμη που αλλάζει την κατεύθυνση περιστροφής ενός αντικειμένου που περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του ονομάζεται ροπή.
- Μια μάζα 20 γραμμαρίων με επιτάχυνση 5 cm ανά δευτερόλεπτο έχει δύναμη 20 φορές 5, ή 100 γραμμάρια εκατοστά ανά δευτερόλεπτο. (Ένα γραμμάριο εκατοστό ανά δευτερόλεπτο σε τετράγωνο ονομάζεται dyne.)
