Андрей Смирнов
Время чтения: ~5 мин.
Просмотров: 0

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

Что важнее, лошадиные силы или ньютон-метры

Мысли

Автовладельцы часто меряются характеристиками своих машин. Часто в поле зрения попадают лошадиные силы и ньютон-метры, которые так или иначе определяют мощность двигателя. Считается, что большее количество ньютон-метров наблюдается в автомобилях с дизелем, однако в действительности крутящий момент не менее важен и для бензиновых моторов.

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.

В чем отличие мощности от крутящего момента

Мощность определяет количество работы, которую можно выполнить за определенный промежуток времени. В автомобильной отрасли эта величина традиционно измеряется в лошадиных силах. Что касается крутящего момента, то он представляет собой силу, которая вращает вал двигателя вокруг оси и измеряется в ньютон-метрах.

На первый взгляд, крутящий момент – не важная характеристика. Так, количество Н/м при движении велосипедиста составляет 130–150 Н/м, что равно значению для автомобиля Skoda Fabia. Несмотря на это, машина движется намного быстрее, поскольку крутящий момент связан с числом оборотов в минуту. Велосипедист способен достичь только 30–40 оборотов, а Skoda – около 3500–4000 оборотов.

Таким образом, крутящий момент оказывается одной из величин, которая напрямую определяет ресурс мотора: Р (кВт) = Крутящий момент (Н/м) х Скорость вращения (об/мин) х 9549

Следовательно, мощность зависит от количества ньютон-метров, и нельзя однозначно делать вывод о том, что какая-либо из этих величин важнее. Если по-простому: момент нужен, например, чтобы открутить крышку бутылки с водой, а мощность – чтобы поднять ее.

В каких случаях важнее высокая мощность

Разумеется, большее значение лошадиных сил непосредственно определяет скорость разгона автомобиля. Полную производительность мотора можно достичь только на больших оборотах, которые редко используются при стандартном вождении, так как подобная нагрузка увеличивает износ двигателя.

Вышеупомянутая Skoda Fabia обладает мощностью 26–32 Квт, причем при уплате транспортного налога водитель должен указать максимальное значение – 63 кВт.

Из всего этого можно сделать вывод: число лошадиных сил важно, если вы не заботитесь о продолжительной эксплуатации мотора, а любите погонять, выжимают педаль газа до предела.

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:

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.

Работа против силы тяжести

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.

Когда предпочтительнее много ньютон-метров

Крутящий момент, как правило, первостепенно определяет характеристики дизельного двигателя. Количество ньютон-метров в таком моторе больше, поэтому при 2–3 тысячах оборотов мощность составит 42–54 кВт. Такая цифра однозначно превышает значение для бензинового ДВС, при этом общее значение лошадиных сил меньше, что выгодно отразится на транспортном налоге.

В целом, лучше иметь мотор с большим крутящим моментом, который достигается даже на малых оборотах. Такими характеристиками обладают и бензиновые, и дизельные двигатели, так что окончательное решение зависит от потенциального автовладельца.

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.

Момент силы

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:

Из этого равенства получаем единицу измерения ньютон на метр квадратный (Н/м 2 ). Величина 1 Н/м 2 называется паскалем в честь французского физика Блеза Паскаля, который сконструировал барометр и измерил им атмосферное давление на разных высотах относительно уровня моря.

Давление в физике

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:

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

h = g * t 2 / 2 = 9,81 * 5 2 / 2 = 122,625 м

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

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

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации