Pretvarač Sile
Sila — Od Newtonove jabuke do crnih rupa
Savladajte jedinice za silu u inženjerstvu, fizici i svemiru. Od njutna do funte-sile, dina do gravitacionih sila, pretvarajte s povjerenjem i razumijte šta brojevi znače.
Osnove sile
Newtonov drugi zakon
F = ma je temelj dinamike. 1 njutn ubrzava 1 kg za 1 m/s². Svaka sila koju osjećate je masa koja se opire ubrzanju.
- 1 N = 1 kg·m/s²
- Dvostruka sila → dvostruko ubrzanje
- Sila je vektor (ima smjer)
- Neto sila određuje kretanje
Sila naspram težine
Težina je gravitaciona sila: W = mg. Vaša masa je konstantna, ali težina se mijenja s gravitacijom. Na Mjesecu, vaša težina je 1/6 vaše težine na Zemlji.
- Masa (kg) ≠ Težina (N)
- Težina = masa × gravitacija
- 1 kgf = 9.81 N na Zemlji
- Betežinsko stanje u orbiti = i dalje imate masu
Vrste sila
Kontaktne sile dodiruju objekte (trenje, napetost). Nekontaktne sile djeluju na daljinu (gravitacija, magnetizam, elektricitet).
- Napetost vuče duž užadi/kablova
- Trenje se protivi kretanju
- Normalna sila je okomita na površine
- Gravitacija je uvijek privlačna, nikada odbojna
- 1 njutn = sila potrebna da se 1 kg ubrza za 1 m/s²
- Sila = masa × ubrzanje (F = ma)
- Težina je sila, masa nije (W = mg)
- Sile se sabiraju kao vektori (magnituda + smjer)
Objašnjenje sistema jedinica
SI/Metrički — Apsolutni
Njutn (N) je osnovna SI jedinica. Definisan je iz fundamentalnih konstanti: kg, m, s. Koristi se u svim naučnim radovima.
- 1 N = 1 kg·m/s² (tačno)
- kN, MN za velike sile
- mN, µN za precizan rad
- Univerzalan u inženjerstvu/fizici
Gravitacione jedinice
Jedinice sile zasnovane na Zemljinoj gravitaciji. 1 kgf = sila potrebna da se 1 kg drži protiv gravitacije. Intuitivno, ali ovisno o lokaciji.
- kgf = kilogram-sila = 9.81 N
- lbf = funta-sila = 4.45 N
- tonf = tona-sila (metrička/kratka/duga)
- Gravitacija varira ±0.5% na Zemlji
CGS i specijalizovane
Din (CGS) za male sile: 1 din = 10⁻⁵ N. Paundal (imperijalni apsolutni) se rijetko koristi. Atomske/Planckove sile za kvantne skale.
- 1 din = 1 g·cm/s²
- Paundal = 1 lb·ft/s² (apsolutni)
- Atomska jedinica ≈ 8.2×10⁻⁸ N
- Planckova sila ≈ 1.2×10⁴⁴ N
Fizika sile
Newtonova tri zakona
1.: Objekti se opiru promjeni (inercija). 2.: F=ma to kvantificira. 3.: Svaka akcija ima jednaku suprotnu reakciju.
- Zakon 1: Nema neto sile → nema ubrzanja
- Zakon 2: F = ma (definira njutn)
- Zakon 3: Akciono-reakcioni parovi
- Zakoni predviđaju svako klasično kretanje
Vektorsko sabiranje
Sile se kombinuju kao vektori, a ne kao jednostavni zbirovi. Dvije sile od 10 N pod uglom od 90° stvaraju 14.1 N (√200), a ne 20 N.
- Magnituda + smjer su potrebni
- Koristite Pitagorinu teoremu za okomitost
- Paralelne sile se direktno sabiraju/oduzimaju
- Ravnoteža: neto sila = 0
Fundamentalne sile
Četiri fundamentalne sile upravljaju univerzumom: gravitacija, elektromagnetizam, jaka nuklearna, slaba nuklearna. Sve ostalo su kombinacije.
- Gravitacija: najslabija, beskonačan domet
- Elektromagnetna: naboji, hemija
- Jaka: veže kvarkove u protonima
- Slaba: radioaktivni raspad
Mjerila sile
| Kontekst | Sila | Napomene |
|---|---|---|
| Hod insekta | ~0.001 N | Mikronjutnska skala |
| Pritisak na dugme | ~1 N | Lagan pritisak prsta |
| Rukovanje | ~100 N | Čvrst stisak |
| Težina osobe (70 kg) | ~686 N | ≈ 150 lbf |
| Potisak motora automobila | ~5 kN | 100 KS pri brzini na autoputu |
| Težina slona | ~50 kN | Životinja od 5 tona |
| Potisak mlaznog motora | ~200 kN | Moderni komercijalni |
| Raketni motor | ~10 MN | Glavni motor svemirskog šatla |
| Napetost kabla mosta | ~100 MN | Skala Golden Gate mosta |
| Udar asteroida (Chicxulub) | ~10²³ N | Ubio dinosauruse |
Poređenje sile: Njutni naspram funte-sile
| Njutni (N) | Funta-sila (lbf) | Primjer |
|---|---|---|
| 1 N | 0.225 lbf | Težina jabuke |
| 4.45 N | 1 lbf | 1 funta na Zemlji |
| 10 N | 2.25 lbf | Težina od 1 kg |
| 100 N | 22.5 lbf | Snažno rukovanje |
| 1 kN | 225 lbf | Motor malog automobila |
| 10 kN | 2,248 lbf | Težina od 1 tone |
| 100 kN | 22,481 lbf | Težina kamiona |
| 1 MN | 224,809 lbf | Kapacitet velikog krana |
Primjene u stvarnom svijetu
Građevinsko inženjerstvo
Zgrade izdržavaju ogromne sile: vjetar, zemljotresi, opterećenja. Stubovi, grede dizajnirani su za sile od kN do MN.
- Kablovi mosta: 100+ MN napetosti
- Stubovi zgrade: 1-10 MN kompresije
- Vjetar na neboderu: 50+ MN bočno
- Faktor sigurnosti obično 2-3×
Vazduhoplovstvo i pogon
Potisak rakete mjeri se u meganjutnima. Avionski motori proizvode kilonjutne. Svaki njutn se računa pri bijegu od gravitacije.
- Saturn V: 35 MN potiska
- Boeing 747 motor: 280 kN svaki
- Falcon 9: 7.6 MN pri polijetanju
- ISS ponovno pojačanje: 0.3 kN (kontinuirano)
Mašinsko inženjerstvo
Moment ključevi, hidraulika, pričvršćivači svi su ocijenjeni u sili. Ključno za sigurnost i performanse.
- Matice točkova automobila: 100-140 N·m obrtnog momenta
- Hidraulična presa: kapacitet 10+ MN
- Napetost vijka: tipičan opseg u kN
- Konstante opruga u N/m ili kN/m
Brza matematika konverzije
N ↔ kgf (Brzo)
Podijelite sa 10 za procjenu: 100 N ≈ 10 kgf (tačno: 10.2)
- 1 kgf = 9.81 N (tačno)
- 10 kgf ≈ 100 N
- 100 kgf ≈ 1 kN
- Brzo: N ÷ 10 → kgf
N ↔ lbf
1 lbf ≈ 4.5 N. Podijelite N sa 4.5 da biste dobili lbf.
- 1 lbf = 4.448 N (tačno)
- 100 N ≈ 22.5 lbf
- 1 kN ≈ 225 lbf
- Mentalno: N ÷ 4.5 → lbf
Din ↔ N
1 N = 100,000 dina. Samo pomjerite decimalu za 5 mjesta.
- 1 din = 10⁻⁵ N
- 1 N = 10⁵ din
- CGS u SI: ×10⁻⁵
- Rijetko se koristi danas
Kako konverzije rade
- Korak 1: Pretvorite izvor → njutne koristeći toBase faktor
- Korak 2: Pretvorite njutne → cilj koristeći ciljni toBase faktor
- Alternativa: Koristite direktni faktor ako je dostupan (kgf → lbf: pomnožite sa 2.205)
- Provjera zdravog razuma: 1 kgf ≈ 10 N, 1 lbf ≈ 4.5 N
- Za težinu: masa (kg) × 9.81 = sila (N)
Referenca za uobičajene konverzije
| Iz | U | Pomnoži sa | Primjer |
|---|---|---|---|
| N | kN | 0.001 | 1000 N = 1 kN |
| kN | N | 1000 | 5 kN = 5000 N |
| N | kgf | 0.10197 | 100 N ≈ 10.2 kgf |
| kgf | N | 9.80665 | 10 kgf = 98.1 N |
| N | lbf | 0.22481 | 100 N ≈ 22.5 lbf |
| lbf | N | 4.44822 | 50 lbf ≈ 222 N |
| lbf | kgf | 0.45359 | 100 lbf ≈ 45.4 kgf |
| kgf | lbf | 2.20462 | 50 kgf ≈ 110 lbf |
| N | din | 100000 | 1 N = 100,000 din |
| din | N | 0.00001 | 50,000 din = 0.5 N |
Brzi primjeri
Riješeni problemi
Konverzija potiska rakete
Potisak rakete Saturn V: 35 MN. Pretvorite u funte-sile.
35 MN = 35,000,000 N. 1 N = 0.22481 lbf. 35M × 0.22481 = 7.87 miliona lbf
Težina na različitim planetama
Osoba od 70 kg. Težina na Zemlji naspram Marsa (g = 3.71 m/s²)?
Zemlja: 70 × 9.81 = 686 N. Mars: 70 × 3.71 = 260 N. Masa ista, težina 38%.
Napetost kabla
Kabl mosta podržava 500 tona. Kolika je napetost u MN?
500 metričkih tona = 500,000 kg. F = mg = 500,000 × 9.81 = 4.9 MN
Uobičajene greške koje treba izbjegavati
- **Masa naspram težine**: kg mjeri masu, N mjeri silu. Nemojte reći 'osoba od 70 N'—recite 70 kg.
- **kgf ≠ kg**: 1 kgf je sila (9.81 N), 1 kg je masa. Zbunjenost uzrokuje 10× greške.
- **Lokacija je bitna**: kgf/lbf pretpostavljaju Zemljinu gravitaciju. Na Mjesecu, 1 kg teži 1.6 N, a ne 9.81 N.
- **Vektorsko sabiranje**: 5 N + 5 N može biti jednako 0 (suprotno), 7.1 (okomito), ili 10 (isti smjer).
- **Zbunjenost oko funte**: lb = masa, lbf = sila. U SAD-u, 'funta' obično znači lbf ovisno o kontekstu.
- **Rijetkost dina**: Din je zastario; koristite milinjutne. 10⁵ din = 1 N, nije intuitivno.
Fascinantne činjenice o sili
Najjači mišić
Žvačni mišić vilice (maseter) vrši silu ugriza od 400 N (900 lbf). Krokodil: 17 kN. Izumrli Megalodon: 180 kN—dovoljno da smrska automobil.
Snaga buhe
Buha skače sa 0.0002 N sile, ali ubrzava sa 100g. Njene noge su opruge koje skladište energiju, oslobađajući je brže nego što se mišić može kontrahovati.
Plimne sile crne rupe
Blizu crne rupe, plimna sila vas rasteže: stopala osjećaju 10⁹ N više od glave. Naziva se 'špagetifikacija'. Bili biste pocijepani atom po atom.
Zemljina gravitaciona privlačnost
Mjesečeva gravitacija stvara plime sa 10¹⁶ N sile na Zemljinim okeanima. Zemlja vuče Mjesec nazad sa 2×10²⁰ N—ali Mjesec se i dalje udaljava 3.8 cm/godišnje.
Čvrstoća paukove svile
Paukova svila puca pri naprezanju od ~1 GPa. Nit s presjekom od 1 mm² držala bi 100 kg (980 N)—jača od čelika po težini.
Mikroskop atomske sile
AFM osjeća sile do 0.1 nanonjutna (10⁻¹⁰ N). Može detektovati neravnine veličine jednog atoma. Kao da osjećate zrno pijeska iz orbite.
Historijska evolucija
1687
Newton objavljuje Principia Mathematica, definirajući silu sa F = ma i tri zakona kretanja.
1745
Pierre Bouguer mjeri gravitacionu silu na planinama, primjećuje varijacije u Zemljinom gravitacionom polju.
1798
Cavendish vaga Zemlju koristeći torzionu vagu, mjereći gravitacionu silu između masa.
1873
Britansko udruženje definira 'din' (CGS jedinica) kao 1 g·cm/s². Kasnije, njutn je usvojen za SI.
1948
CGPM definira njutn kao kg·m/s² za SI sistem. Zamjenjuje stare kgf i tehničke jedinice.
1960
SI je zvanično usvojen globalno. Njutn postaje univerzalna jedinica sile za nauku i inženjerstvo.
1986
Izumljen mikroskop atomske sile, koji detektuje piknonjutnske sile. Revolucionira nanotehnologiju.
2019
Redefinicija SI: njutn je sada izveden iz Planckove konstante. Fundamentalno tačan, bez fizičkog artefakta.
Pro savjeti
- **Brza procjena kgf**: podijelite njutne sa 10. 500 N ≈ 50 kgf (tačno: 51).
- **Težina iz mase**: pomnožite kg sa 10 za brzu procjenu u N. 70 kg ≈ 700 N.
- **Trik za pamćenje lbf**: 1 lbf je otprilike polovina težine boce soka od 2 litre (4.45 N).
- **Provjerite svoje jedinice**: ako se rezultat čini 10× pogrešnim, vjerovatno ste pomiješali masu (kg) sa silom (kgf).
- **Smjer je bitan**: sile su vektori. Uvijek navedite magnitudu + smjer u stvarnim problemima.
- **Opružne vage mjere silu**: kućna vaga pokazuje kgf ili lbf (silu), ali je označena kao kg/lb (masa) po konvenciji.
- **Automatska naučna notacija**: vrijednosti < 1 µN ili > 1 GN prikazuju se kao naučna notacija radi čitljivosti.
Kompletna referenca jedinica
SI / Metrički (apsolutni)
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o upotrebi |
|---|---|---|---|
| njutn | N | 1 N (base) | SI osnova za silu; 1 N = 1 kg·m/s² (tačno). |
| kilonjutn | kN | 1.000 kN | Inženjerski standard; motori automobila, strukturna opterećenja. |
| meganjutn | MN | 1.00e+0 N | Velike sile; rakete, mostovi, industrijske prese. |
| giganjutn | GN | 1.00e+3 N | Tektonske sile, udari asteroida, teorijski. |
| milinjutn | mN | 1.0000 mN | Precizni instrumenti; male sile opruga. |
| mikronjutn | µN | 1.000e-6 N | Mikroskala; mikroskopija atomske sile, MEMS. |
| nanonjutn | nN | 1.000e-9 N | Nanoskala; molekularne sile, pojedinačni atomi. |
Gravitacione jedinice
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o upotrebi |
|---|---|---|---|
| kilogram-sila | kgf | 9.8066 N | 1 kgf = težina 1 kg na Zemlji (9.80665 N tačno). |
| gram-sila | gf | 9.8066 mN | Male gravitacione sile; precizne vage. |
| tona-sila (metrička) | tf | 9.807 kN | Težina metričke tone; 1000 kgf = 9.81 kN. |
| miligram-sila | mgf | 9.807e-6 N | Sićušne gravitacione sile; rijetko se koristi. |
| funta-sila | lbf | 4.4482 N | Američki/britanski standard; 1 lbf = 4.4482216 N (tačno). |
| unca-sila | ozf | 278.0139 mN | 1/16 lbf; male sile, opruge. |
| tona-sila (kratka, SAD) | tonf | 8.896 kN | Američka tona (2000 lbf); teška oprema. |
| tona-sila (duga, UK) | LT | 9.964 kN | Britanska tona (2240 lbf); brodarstvo. |
| kip (kilofunta-sila) | kip | 4.448 kN | 1000 lbf; građevinsko inženjerstvo, dizajn mostova. |
Imperijalne apsolutne jedinice
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o upotrebi |
|---|---|---|---|
| poundal | pdl | 138.2550 mN | 1 lb·ft/s²; apsolutni imperijalni, zastario. |
| unca (poundal) | oz pdl | 8.6409 mN | 1/16 paundala; samo teorijski. |
CGS sistem
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o upotrebi |
|---|---|---|---|
| din | dyn | 1.000e-5 N | 1 g·cm/s² = 10⁻⁵ N; CGS sistem, naslijeđe. |
| kilodin | kdyn | 10.0000 mN | 1000 din = 0.01 N; rijetko se koristi. |
| megadin | Mdyn | 10.0000 N | 10⁶ din = 10 N; zastarjeli termin. |
Specijalizovane i naučne
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o upotrebi |
|---|---|---|---|
| sten (MKS jedinica) | sn | 1.000 kN | MKS jedinica = 1000 N; historijska. |
| grave-sila (kilogram-sila) | Gf | 9.8066 N | Alternativni naziv za kilogram-silu. |
| pond (gram-sila) | p | 9.8066 mN | Gram-sila; njemačka/istočnoevropska upotreba. |
| kilopond (kilogram-sila) | kp | 9.8066 N | Kilogram-sila; evropska tehnička jedinica. |
| crinal (decinjutn) | crinal | 100.0000 mN | Decinjutn (0.1 N); opskurno. |
| grave (kilogram u ranom metričkom sistemu) | grave | 9.8066 N | Rani metrički sistem; kilogram-sila. |
| atomska jedinica sile | a.u. | 8.239e-8 N | Hartree sila; atomska fizika (8.2×10⁻⁸ N). |
| Planckova sila | FP | 1.21e+38 N | Skala kvantne gravitacije; 1.2×10⁴⁴ N (teorijski). |
Često postavljana pitanja
Koja je razlika između mase i težine?
Masa (kg) je količina materije; težina (N) je gravitaciona sila na tu masu. Masa ostaje konstantna; težina se mijenja s gravitacijom. Na Mjesecu težite 1/6, ali imate istu masu.
Zašto koristiti njutne umjesto kgf ili lbf?
Njutn je apsolutan—ne ovisi o gravitaciji. kgf/lbf pretpostavljaju Zemljinu gravitaciju (9.81 m/s²). Na Mjesecu ili Marsu, kgf/lbf bi bili pogrešni. Njutn radi svugdje u univerzumu.
Koliko sile čovjek može proizvesti?
Prosječna osoba: 400 N guranja, 500 N povlačenja (kratki nalet). Trenirani sportisti: 1000+ N. Svjetska klasa u mrtvom dizanju: ~5000 N (~500 kg × 9.81). Sila ugriza: 400 N prosjek, 900 N maksimum.
Šta je kip i zašto se koristi?
Kip = 1000 lbf (kilofunta-sila). Američki građevinski inženjeri koriste kipove za opterećenja mostova/zgrada kako bi izbjegli pisanje velikih brojeva. 50 kipa = 50,000 lbf = 222 kN.
Da li se din još uvijek koristi?
Rijetko. Din (CGS jedinica) se pojavljuje u starim udžbenicima. Moderna nauka koristi milinjutne (mN). 1 mN = 100 din. CGS sistem je zastario osim u nekim specijalizovanim poljima.
Kako da pretvorim težinu u silu?
Težina JESTE sila. Formula: F = mg. Primjer: 70 kg osoba → 70 × 9.81 = 686 N na Zemlji. Na Mjesecu: 70 × 1.62 = 113 N. Masa (70 kg) se ne mijenja.
Kompletan Direktorij Alata
Svih 71 alata dostupnih na UNITS