Tiontaire Fórsa
Fórsa — Ó Úll Newton go Poill Dhubha
Máistrigh aonaid fórsa san innealtóireacht, sa bhfisic agus sa spás. Ó niútan go punt-fhórsa, díneanna go fórsaí imtharraingthe, tiontaigh le muinín agus tuig cad a chiallaíonn na huimhreacha.
Buneolas an Fhórsa
An Dara Dlí ag Newton
Is é F = ma bunús na dinimice. Luasghéaraíonn 1 niútan 1 kg ag 1 m/s². Is é gach fórsa a mhothaíonn tú ná mais ag cur in aghaidh luasghéarú.
- 1 N = 1 kg·m/s²
- Fórsa dúbailte → luasghéarú dúbailte
- Is veicteoir é fórsa (tá treo aige)
- Cinneann an glanfhórsa gluaisne
Fórsa vs Meáchan
Is fórsa imtharraingteach é an meáchan: W = mg. Tá do mhais seasmhach, ach athraíonn do mheáchan leis an domhantarraingt. Ar an nGealach, is é do mheáchan 1/6 de do mheáchan ar an Domhan.
- Mais (kg) ≠ Meáchan (N)
- Meáchan = mais × domhantarraingt
- 1 kgf = 9.81 N ar an Domhan
- Gan meáchan i bhfithis = tá mais agat fós
Cineálacha Fórsaí
Baineann fórsaí tadhaill le réada (frithchuimilt, teannas). Gníomhaíonn fórsaí neamh-thadhaill thar achar (domhantarraingt, maighnéadas, leictreachas).
- Tarraingíonn teannas ar feadh rópaí/cáblaí
- Cuireann frithchuimilt i gcoinne gluaiseachta
- Tá an fórsa normalach ingearach le dromchlaí
- Bíonn an domhantarraingt i gcónaí aomthach, ní éarthach riamh
- 1 niútan = an fórsa chun 1 kg a luasghéarú ag 1 m/s²
- Fórsa = mais × luasghéarú (F = ma)
- Is fórsa é an meáchan, ní mais é (W = mg)
- Suimítear fórsaí mar veicteoirí (méid + treo)
Míniú ar Chórais Aonad
SI/Méadrach — Absalóideach
Is é an niútan (N) an t-aonad bunúsach SI. Sainmhínítear é ó thairisigh bhunúsacha: kg, m, s. Úsáidtear é i ngach obair eolaíoch.
- 1 N = 1 kg·m/s² (beacht)
- kN, MN le haghaidh fórsaí móra
- mN, µN le haghaidh obair bheachtais
- Uilíoch san innealtóireacht/bhfisic
Aonaid Imtharraingteacha
Aonaid fórsa bunaithe ar dhomhantarraingt an Domhain. 1 kgf = an fórsa chun 1 kg a choinneáil in aghaidh na domhantarraingthe. Intuigthe ach ag brath ar an suíomh.
- kgf = cileagram-fhórsa = 9.81 N
- lbf = punt-fhórsa = 4.45 N
- tonf = tonna-fhórsa (méadrach/gearr/fada)
- Athraíonn an domhantarraingt ±0.5% ar an Domhan
CGS & Speisialaithe
Díne (CGS) le haghaidh fórsaí beaga: 1 díne = 10⁻⁵ N. Is annamh a úsáidtear an puntal (absalóideach impiriúil). Fórsaí adamhacha/Planck le haghaidh scálaí candamacha.
- 1 díne = 1 g·cm/s²
- Puntal = 1 lb·ft/s² (absalóideach)
- Aonad adamhach ≈ 8.2×10⁻⁸ N
- Fórsa Planck ≈ 1.2×10⁴⁴ N
Fisic an Fhórsa
Trí Dhlí Newton
1ú: Cuireann réada in aghaidh athraithe (táimhe). 2ú: Déanann F=ma é a chainníochtú. 3ú: Bíonn frithghníomh comhionann agus urchomhaireach le gach gníomh.
- Dlí 1: Gan aon ghlanfhórsa → gan aon luasghéarú
- Dlí 2: F = ma (sainmhíníonn an niútan)
- Dlí 3: Péirí gnímh-frithghnímh
- Tuartha ag na dlíthe gach gluaisne chlasaiceach
Suimiú Veicteoirí
Comhcheanglaíonn fórsaí mar veicteoirí, ní mar shuimeanna simplí. Déanann dhá fhórsa 10 N ag 90° 14.1 N (√200), ní 20 N.
- Méid + treo ag teastáil
- Úsáid teoirim Phíotagaráis le haghaidh ingearach
- Suimítear/dealáítear fórsaí comhthreomhara go díreach
- Cothromaíocht: glanfhórsa = 0
Fórsaí Bunúsacha
Rialaíonn ceithre fhórsa bunúsacha an chruinne: domhantarraingt, leictreamaighnéadas, fórsa núicléach láidir, fórsa núicléach lag. Is teaglamaí iad gach rud eile.
- Domhantarraingt: an ceann is laige, raon gan teorainn
- Leictreamaighnéadach: luchtanna, ceimic
- Láidir: ceanglaíonn sé cuarc i bprótóin
- Lag: meath radaighníomhach
Tagarmharcanna Fórsa
| Comhthéacs | Fórsa | Nótaí |
|---|---|---|
| Feithid ag siúl | ~0.001 N | Scála micriniútan |
| Brú cnaipe | ~1 N | Brú méire éadrom |
| Crothadh láimhe | ~100 N | Greim daingean |
| Meáchan duine (70 kg) | ~686 N | ≈ 150 lbf |
| Sá innill gluaisteáin | ~5 kN | 100 hp ar luas mótarbhealaigh |
| Meáchan eilifint | ~50 kN | Ainmhí 5 tonna |
| Sá innill scairde | ~200 kN | Tráchtála nua-aimseartha |
| Inneall roicéid | ~10 MN | Príomh-inneall tointeála spáis |
| Teannas cábla droichid | ~100 MN | Scála an Gheata Órga |
| Tionchar astaróidigh (Chicxulub) | ~10²³ N | Mharaigh sé na dineasáir |
Comparáid Fórsa: Niútan vs Punt-Fhórsa
| Niútan (N) | Punt-Fhórsa (lbf) | Sampla |
|---|---|---|
| 1 N | 0.225 lbf | Meáchan úill |
| 4.45 N | 1 lbf | 1 punt ar an Domhan |
| 10 N | 2.25 lbf | Meáchan 1 kg |
| 100 N | 22.5 lbf | Crothadh láimhe láidir |
| 1 kN | 225 lbf | Inneall gluaisteáin beag |
| 10 kN | 2,248 lbf | Meáchan 1 tonna |
| 100 kN | 22,481 lbf | Meáchan leoraí |
| 1 MN | 224,809 lbf | Cumas craein mhóir |
Feidhmeanna sa Saol Fíor
Innealtóireacht Struchtúrach
Seasann foirgnimh le fórsaí ollmhóra: gaoth, creathanna talún, ualaí. Colúin, bíomaí deartha le haghaidh fórsaí kN go MN.
- Cáblaí droichid: 100+ MN teannas
- Colúin foirgnimh: 1-10 MN comhbhrú
- Gaoth ar ilstórach: 50+ MN cliathánach
- Fachtóir sábháilteachta de ghnáth 2-3×
Aeraspás & Tiomáint
Tomhaistear sá roicéid i meigeaniútan. Táirgeann innill aerárthaigh cileaniútan. Tá gach niútan tábhachtach agus tú ag éalú ón domhantarraingt.
- Saturn V: 35 MN sá
- Inneall Boeing 747: 280 kN an ceann
- Falcon 9: 7.6 MN ag an lainseáil
- Ath-bhrú an ISS: 0.3 kN (leanúnach)
Innealtóireacht Mheicniúil
Déantar eochracha casmhóiminte, hiodrálaic, dúntóirí a rátáil go léir i bhfórsa. Ríthábhachtach don tsábháilteacht agus don fheidhmíocht.
- Cnotaí rotha gluaisteáin: 100-140 N·m casmhóimint
- Preas hiodrálach: toilleadh 10+ MN
- Teannas boltaí: raon kN tipiciúil
- Tairisigh lingeáin in N/m nó kN/m
Mata Tiontaithe Gasta
N ↔ kgf (Gasta)
Roinn ar 10 le haghaidh meastacháin: 100 N ≈ 10 kgf (beacht: 10.2)
- 1 kgf = 9.81 N (beacht)
- 10 kgf ≈ 100 N
- 100 kgf ≈ 1 kN
- Gasta: N ÷ 10 → kgf
N ↔ lbf
1 lbf ≈ 4.5 N. Roinn N ar 4.5 chun lbf a fháil.
- 1 lbf = 4.448 N (beacht)
- 100 N ≈ 22.5 lbf
- 1 kN ≈ 225 lbf
- Go meabhrach: N ÷ 4.5 → lbf
Díne ↔ N
1 N = 100,000 díne. Bog an pointe deachúil 5 áit.
- 1 díne = 10⁻⁵ N
- 1 N = 10⁵ díne
- CGS go SI: ×10⁻⁵
- Is annamh a úsáidtear inniu
Conas a Oibríonn Tiontuithe
- Céim 1: Tiontaigh an fhoinse → niútan ag baint úsáide as an bhfachtóir toBase
- Céim 2: Tiontaigh niútan → an sprioc ag baint úsáide as fachtóir toBase an sprioc
- Rogha eile: Úsáid fachtóir díreach má tá sé ar fáil (kgf → lbf: iolraigh faoi 2.205)
- Seiceáil ciallmhar: 1 kgf ≈ 10 N, 1 lbf ≈ 4.5 N
- Le haghaidh meáchain: mais (kg) × 9.81 = fórsa (N)
Tagairt Tiontaithe Coiteann
| Ó | Go | Iolraigh faoi | Sampla |
|---|---|---|---|
| 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 | díne | 100000 | 1 N = 100,000 díne |
| díne | N | 0.00001 | 50,000 díne = 0.5 N |
Samplaí Gasta
Fadhbanna Oibrithe
Tiontú Sá Roicéid
Sá roicéid Saturn V: 35 MN. Tiontaigh go punt-fhórsa.
35 MN = 35,000,000 N. 1 N = 0.22481 lbf. 35M × 0.22481 = 7.87 milliún lbf
Meáchan ar Phláinéid Éagsúla
Duine 70 kg. Meáchan ar an Domhan vs Mars (g = 3.71 m/s²)?
Domhan: 70 × 9.81 = 686 N. Mars: 70 × 3.71 = 260 N. An mhais chéanna, an meáchan 38%.
Teannas Cábla
Tacaíonn cábla droichid le 500 tonna. Cad é an teannas i MN?
500 tonna méadrach = 500,000 kg. F = mg = 500,000 × 9.81 = 4.9 MN
Botúin Choitianta le Seachaint
- **Mais vs Meáchan**: tomhaiseann kg mais, tomhaiseann N fórsa. Ná habair 'duine 70 N' — abair 70 kg.
- **kgf ≠ kg**: is fórsa é 1 kgf (9.81 N), is mais é 1 kg. Bíonn earráidí 10× mar thoradh ar mhearbhall.
- **Tá an suíomh tábhachtach**: glacann kgf/lbf le domhantarraingt an Domhain. Ar an nGealach, is é meáchan 1 kg ná 1.6 N, ní 9.81 N.
- **Suimiú veicteoirí**: is féidir le 5 N + 5 N a bheith cothrom le 0 (urchomhaireach), 7.1 (ingearach), nó 10 (an treo céanna).
- **Mearbhall punt**: lb = mais, lbf = fórsa. Sna SA, ciallaíonn 'punt' de ghnáth lbf ag brath ar an gcomhthéacs.
- **Gannchúis díne**: Tá an díne as feidhm; bain úsáid as milliniútan. 10⁵ díne = 1 N, níl sé intuigthe.
Fíricí Suimiúla Faoi Fhórsa
An Mhatán is Láidre
Feidhmíonn matán masatarach an ghialla fórsa greama 400 N (900 lbf). Crogall: 17 kN. An Megalodon díothaithe: 180 kN — a dhóthain chun carr a bhrú.
Cumhacht Dreancaidí
Léimeann dreancaid le fórsa 0.0002 N ach luasghéaraíonn sé ag 100g. Is spriongaí iad a gcosa a stórálann fuinneamh, agus a scaoileann é níos tapúla ná mar is féidir leis an matán crapadh.
Fórsaí Taoide Poill Dhuibh
In aice le poll dubh, síneann an fórsa taoide thú: mothaíonn do chosa 10⁹ N níos mó ná do cheann. Tugtar 'spaghettification' air. Sracfaí tú ó chéile adamh ar adamh.
Tarraingt Dhomhantarraingthe an Domhain
Cruthaíonn domhantarraingt na Gealaí taoidí le fórsa 10¹⁶ N ar aigéin an Domhain. Tarraingíonn an Domhan an Ghealach ar ais le 2×10²⁰ N — ach éalaíonn an Ghealach fós 3.8 cm/bliain.
Neart Síoda Damháin Alla
Briseann síoda damháin alla ag strus ~1 GPa. Choimeádfadh snáithe le trasghearradh 1 mm² 100 kg (980 N) — níos láidre ná cruach de réir meáchain.
Micreascóp Fórsa Adamhaigh
Mothaíonn AFM fórsaí chomh híseal le 0.1 nananiútan (10⁻¹⁰ N). Is féidir leis cnapáin adamhacha aonair a bhrath. Cosúil le gráinne gainimh a mhothú ó fhithis.
Éabhlóid Stairiúil
1687
Foilsíonn Newton Principia Mathematica, ag sainmhíniú fórsa le F = ma agus trí dhlí na gluaiseachta.
1745
Tomhaiseann Pierre Bouguer an fórsa imtharraingteach ar shléibhte, agus tugann sé faoi deara éagsúlachtaí i réimse domhantarraingthe an Domhain.
1798
Meánn Cavendish an Domhan ag baint úsáide as cothromóir toirsiúin, ag tomhas an fhórsa imtharraingtigh idir maiseanna.
1873
Sainmhíníonn an Cumann Briotanach 'díne' (aonad CGS) mar 1 g·cm/s². Níos déanaí, glacadh leis an niútan don SI.
1948
Sainmhíníonn an CGPM an niútan mar kg·m/s² don chóras SI. Tagann sé in ionad na sean-aonad kgf agus teicniúil.
1960
Glactar go hoifigiúil leis an SI ar fud an domhain. Éiríonn an niútan mar an t-aonad fórsa uilíoch don eolaíocht agus don innealtóireacht.
1986
Fionntar an micreascóp fórsa adamhaigh, a bhraitheann fórsaí piciniútan. Déanann sé an nanaitheicneolaíocht a réabhlóidiú.
2019
Athsainmhíniú an SI: díorthaítear an niútan anois ó thairiseach Planck. Bunúsach beacht, gan aon déantán fisiceach.
Leideanna Pro
- **Meastachán gasta kgf**: roinn niútan ar 10. 500 N ≈ 50 kgf (beacht: 51).
- **Meáchan ó mhais**: iolraigh kg faoi 10 le haghaidh meastachán gasta i N. 70 kg ≈ 700 N.
- **Cleas cuimhne lbf**: tá 1 lbf thart ar leath mheáchan buidéal sóide 2-lítear (4.45 N).
- **Seiceáil do chuid aonad**: má tá an toradh 10× mícheart, is dócha gur mheasc tú mais (kg) le fórsa (kgf).
- **Tá an treo tábhachtach**: is veicteoirí iad fórsaí. Sonraigh i gcónaí méid + treo i bhfadhbanna fíor.
- **Tomhaiseann scálaí lingeáin fórsa**: taispeánann scála seomra folctha kgf nó lbf (fórsa), ach tá sé lipéadaithe mar kg/lb (mais) de réir an ghnáis.
- **Nodaireacht eolaíoch uathoibríoch**: taispeántar luachanna < 1 µN nó > 1 GN mar nodaireacht eolaíoch ar mhaithe le hinléiteacht.
Tagairt Iomlán Aonad
SI / Méadrach (Absalóideach)
| Ainm an Aonaid | Siombail | Coibhéis Niútan | Nótaí Úsáide |
|---|---|---|---|
| nua-thonna | N | 1 N (base) | Bunús SI don fhórsa; 1 N = 1 kg·m/s² (beacht). |
| cileanua-thonna | kN | 1.000 kN | Caighdeán innealtóireachta; innill ghluaisteáin, ualaí struchtúracha. |
| meigeanua-thonna | MN | 1.00e+0 N | Fórsaí móra; roicéid, droichid, preasanna tionsclaíocha. |
| gigeanua-thonna | GN | 1.00e+3 N | Fórsaí teicteonacha, tionchair astaróideach, teoiriciúil. |
| millanua-thonna | mN | 1.0000 mN | Ionstraimí beachtais; fórsaí lingeáin beaga. |
| micreanua-thonna | µN | 1.000e-6 N | Micreascála; micreascópacht fórsa adamhaigh, MEMS. |
| nana-nua-thonna | nN | 1.000e-9 N | Nanascála; fórsaí móilíneacha, adaimh aonair. |
Aonaid Imtharraingteacha
| Ainm an Aonaid | Siombail | Coibhéis Niútan | Nótaí Úsáide |
|---|---|---|---|
| cileagram-fhórsa | kgf | 9.8066 N | 1 kgf = meáchan 1 kg ar an Domhan (9.80665 N beacht). |
| gram-fhórsa | gf | 9.8066 mN | Fórsaí imtharraingteacha beaga; cothromóirí beachtais. |
| tonna-fhórsa (méadrach) | tf | 9.807 kN | Meáchan tonna méadrach; 1000 kgf = 9.81 kN. |
| milleagram-fhórsa | mgf | 9.807e-6 N | Fórsaí imtharraingteacha an-bheaga; is annamh a úsáidtear. |
| punt-fhórsa | lbf | 4.4482 N | Caighdeán SAM/RA; 1 lbf = 4.4482216 N (beacht). |
| unsa-fhórsa | ozf | 278.0139 mN | 1/16 lbf; fórsaí beaga, lingeáin. |
| tonna-fhórsa (gearr, SAM) | tonf | 8.896 kN | Tonna SAM (2000 lbf); trealamh trom. |
| tonna-fhórsa (fada, RA) | LT | 9.964 kN | Tonna RA (2240 lbf); loingseoireacht. |
| kip (cileaphunt-fhórsa) | kip | 4.448 kN | 1000 lbf; innealtóireacht struchtúrach, dearadh droichid. |
Aonaid Absalóideacha Impiriúla
| Ainm an Aonaid | Siombail | Coibhéis Niútan | Nótaí Úsáide |
|---|---|---|---|
| poundal | pdl | 138.2550 mN | 1 lb·ft/s²; absalóideach impiriúil, as feidhm. |
| unsa (poundal) | oz pdl | 8.6409 mN | 1/16 puntal; teoiriciúil amháin. |
Córas CGS
| Ainm an Aonaid | Siombail | Coibhéis Niútan | Nótaí Úsáide |
|---|---|---|---|
| díne | dyn | 1.000e-5 N | 1 g·cm/s² = 10⁻⁵ N; córas CGS, oidhreacht. |
| cileadíne | kdyn | 10.0000 mN | 1000 díne = 0.01 N; is annamh a úsáidtear. |
| meigidíne | Mdyn | 10.0000 N | 10⁶ díne = 10 N; téarma as feidhm. |
Speisialaithe & Eolaíoch
| Ainm an Aonaid | Siombail | Coibhéis Niútan | Nótaí Úsáide |
|---|---|---|---|
| sthène (aonad MKS) | sn | 1.000 kN | Aonad MKS = 1000 N; stairiúil. |
| grave-fhórsa (cileagram-fhórsa) | Gf | 9.8066 N | Ainm malartach do chileagram-fhórsa. |
| pond (gram-fhórsa) | p | 9.8066 mN | Gram-fhórsa; úsáid Ghearmánach/Oirthear na hEorpa. |
| cileapond (cileagram-fhórsa) | kp | 9.8066 N | Cileagram-fhórsa; aonad teicniúil Eorpach. |
| crinal (deicinua-thonna) | crinal | 100.0000 mN | Deiciniútan (0.1 N); doiléir. |
| grave (cileagram sa luathchóras méadrach) | grave | 9.8066 N | Córas méadrach luath; cileagram-fhórsa. |
| aonad fórsa adamhach | a.u. | 8.239e-8 N | Fórsa Hartree; fisic adamhach (8.2×10⁻⁸ N). |
| fórsa Planck | FP | 1.21e+38 N | Scála domhantarraingthe candamaí; 1.2×10⁴⁴ N (teoiriciúil). |
Ceisteanna Coitianta
Cad é an difríocht idir mais agus meáchan?
Is é an mhais (kg) an méid damhna; is é an meáchan (N) an fórsa imtharraingteach ar an mais sin. Fanann an mhais seasmhach; athraíonn an meáchan leis an domhantarraingt. Is é do mheáchan 1/6 ar an nGealach ach tá an mhais chéanna agat.
Cén fáth niútan a úsáid in ionad kgf nó lbf?
Tá an niútan absalóideach—ní bhraitheann sé ar an domhantarraingt. Glacann kgf/lbf le domhantarraingt an Domhain (9.81 m/s²). Ar an nGealach nó ar Mhars, bheadh kgf/lbf mícheart. Oibríonn an niútan i ngach áit sa chruinne.
Cé mhéad fórsa is féidir le duine a fheidhmiú?
Gnáthdhuine: 400 N brú, 500 N tarraingt (pléascadh gairid). Lúthchleasaithe oilte: 1000+ N. Ardú marbh den scoth: ~5000 N (~500 kg × 9.81). Fórsa greama: 400 N ar an meán, 900 N ar a mhéad.
Cad is kip ann agus cén fáth a n-úsáidtear é?
Kip = 1000 lbf (cileapunt-fhórsa). Úsáideann innealtóirí struchtúracha SAM kip le haghaidh ualaí droichid/foirgnimh chun scríobh uimhreacha móra a sheachaint. 50 kip = 50,000 lbf = 222 kN.
An úsáidtear díne fós?
Is annamh. Tá an díne (aonad CGS) le feiceáil i sean-téacsleabhair. Úsáideann an eolaíocht nua-aimseartha milliniútan (mN). 1 mN = 100 díne. Tá an córas CGS as feidhm ach amháin i roinnt réimsí speisialaithe.
Conas a thiontaím meáchan go fórsa?
IS fórsa é an meáchan. Foirmle: F = mg. Sampla: duine 70 kg → 70 × 9.81 = 686 N ar an Domhan. Ar an nGealach: 70 × 1.62 = 113 N. Ní athraíonn an mhais (70 kg).
Eolaire Iomlán na nUirlisí
Gach 71 uirlis atá ar fáil ar UNITS