Pretvarač Sile
Sila — Od Newtonove jabuke do crnih rupa
Savladajte jedinice sile u inženjerstvu, fizici i svemiru. Od njutna do funte-sile, dina do gravitacijskih sila, pretvarajte s pouzdanjem i razumite što 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 nasuprot težini
Težina je gravitacijska sila: T = 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/kabela
- 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 (T = mg)
- Sile se zbrajaju kao vektori (magnituda + smjer)
Objašnjenje sustava jedinica
SI/Metrički — Apsolutni
Njutn (N) je osnovna SI jedinica. Definiran je iz temeljnih konstanti: kg, m, s. Koristi se u svim znanstvenim radovima.
- 1 N = 1 kg·m/s² (točno)
- kN, MN za velike sile
- mN, µN za precizan rad
- Univerzalan u inženjerstvu/fizici
Gravitacijske 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 specijalizirane
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.: Tijela 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: Akcijsko-reakcijski parovi
- Zakoni predviđaju svako klasično kretanje
Vektorsko zbrajanje
Sile se kombiniraju kao vektori, a ne kao jednostavni zbrojevi. Dvije sile od 10 N pod kutom od 90° stvaraju 14,1 N (√200), a ne 20 N.
- Magnituda + smjer su potrebni
- Koristite Pitagorin poučak za okomitost
- Paralelne sile se izravno zbrajaju/oduzimaju
- Ravnoteža: neto sila = 0
Temeljne sile
Četiri temeljne sile upravljaju svemirom: gravitacija, elektromagnetizam, jaka nuklearna, slaba nuklearna. Sve ostalo su kombinacije.
- Gravitacija: najslabija, beskonačan domet
- Elektromagnetska: naboji, kemija
- Jaka: veže kvarkove u protonima
- Slaba: radioaktivni raspad
Mjerila sile
| Kontekst | Sila | Napomene |
|---|---|---|
| Hod kukca | ~0,001 N | Mikronjutnska skala |
| Pritisak na gumb | ~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 autocesti |
| Težina slona | ~50 kN | Životinja od 5 tona |
| Potisak mlaznog motora | ~200 kN | Moderni komercijalni |
| Raketni motor | ~10 MN | Glavni motor svemirskog šatla |
| Napetost kabela mosta | ~100 MN | Skala Golden Gate mosta |
| Udar asteroida (Chicxulub) | ~10²³ N | Ubio dinosaure |
Usporedba sile: Njutni nasuprot 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
Građevinarstvo
Zgrade izdržavaju goleme sile: vjetar, potresi, opterećenja. Stupovi, grede dizajnirani su za sile od kN do MN.
- Kabeli mosta: 100+ MN napetosti
- Stupovi zgrade: 1-10 MN kompresije
- Vjetar na neboderu: 50+ MN bočno
- Faktor sigurnosti obično 2-3×
Zrakoplovstvo 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)
Strojarstvo
Moment ključevi, hidraulika, pričvršćivači svi su ocijenjeni u sili. Ključno za sigurnost i performanse.
- Matice kotača automobila: 100-140 N·m okretnog momenta
- Hidraulična preša: kapacitet 10+ MN
- Napetost vijka: tipičan opseg u kN
- Konstante opruga u N/m ili kN/m
Brza matematika pretvorbe
N ↔ kgf (Brzo)
Podijelite s 10 za procjenu: 100 N ≈ 10 kgf (točno: 10,2)
- 1 kgf = 9,81 N (točno)
- 10 kgf ≈ 100 N
- 100 kgf ≈ 1 kN
- Brzo: N ÷ 10 → kgf
N ↔ lbf
1 lbf ≈ 4,5 N. Podijelite N s 4,5 da biste dobili lbf.
- 1 lbf = 4,448 N (točno)
- 100 N ≈ 22,5 lbf
- 1 kN ≈ 225 lbf
- Mentalno: N ÷ 4,5 → lbf
Din ↔ N
1 N = 100.000 dina. Samo pomaknite decimalu za 5 mjesta.
- 1 din = 10⁻⁵ N
- 1 N = 10⁵ din
- CGS u SI: ×10⁻⁵
- Danas se rijetko koristi
Kako pretvorbe funkcioniraju
- Korak 1: Pretvorite izvor → njutne koristeći toBase faktor
- Korak 2: Pretvorite njutne → cilj koristeći ciljni toBase faktor
- Alternativa: Koristite izravni faktor ako je dostupan (kgf → lbf: pomnožite s 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 pretvorbe
| Iz | U | Pomnoži s | 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 zadaci
Pretvorba 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 milijuna lbf
Težina na različitim planetima
Osoba od 70 kg. Težina na Zemlji nasuprot Marsa (g = 3,71 m/s²)?
Zemlja: 70 × 9,81 = 686 N. Mars: 70 × 3,71 = 260 N. Masa ista, težina 38%.
Napetost kabela
Kabel 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 pogreške koje treba izbjegavati
- **Masa nasuprot težini**: 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× pogreške.
- **Lokacija je bitna**: kgf/lbf pretpostavljaju Zemljinu gravitaciju. Na Mjesecu, 1 kg teži 1,6 N, a ne 9,81 N.
- **Vektorsko zbrajanje**: 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 čeljusti (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 kontrahirati.
Plimne sile crne rupe
Blizu crne rupe, plimna sila vas rasteže: stopala osjećaju 10⁹ N više od glave. Naziva se 'špagetifikacija'. Bili biste rastrgani atom po atom.
Zemljina gravitacijska privlačnost
Mjesečeva gravitacija stvara plime sa 10¹⁶ N sile na Zemljinim oceanima. Zemlja vuče Mjesec natrag 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 detektirati neravnine veličine jednog atoma. Kao da osjećate zrno pijeska iz orbite.
Povijesna evolucija
1687
Newton objavljuje Principia Mathematica, definirajući silu sa F = ma i tri zakona kretanja.
1745
Pierre Bouguer mjeri gravitacijsku silu na planinama, primjećuje varijacije u Zemljinom gravitacijskom polju.
1798
Cavendish vaga Zemlju koristeći torzijsku vagu, mjereći gravitacijsku silu između masa.
1873
Britanska udruga 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 sustav. Zamjenjuje stare kgf i tehničke jedinice.
1960
SI je službeno usvojen globalno. Njutn postaje univerzalna jedinica sile za znanost i inženjerstvo.
1986
Izumljen mikroskop atomske sile, koji detektira pikonjutnske sile. Revolucionira nanotehnologiju.
2019
Redefinicija SI: njutn je sada izveden iz Planckove konstante. Temeljno točan, bez fizičkog artefakta.
Profesionalni savjeti
- **Brza procjena kgf**: podijelite njutne s 10. 500 N ≈ 50 kgf (točno: 51).
- **Težina iz mase**: pomnožite kg s 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, vjerojatno 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 znanstvena notacija**: vrijednosti < 1 µN ili > 1 GN prikazuju se kao znanstvena notacija radi čitljivosti.
Kompletna referenca jedinica
SI / Metrički (apsolutni)
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o uporabi |
|---|---|---|---|
| njutn | N | 1 N (base) | SI osnova za silu; 1 N = 1 kg·m/s² (točno). |
| kilonjutn | kN | 1.000 kN | Inženjerski standard; motori automobila, strukturna opterećenja. |
| meganjutn | MN | 1.00e+0 N | Velike sile; rakete, mostovi, industrijske preše. |
| 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. |
Gravitacijske jedinice
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o uporabi |
|---|---|---|---|
| kilogram-sila | kgf | 9.8066 N | 1 kgf = težina 1 kg na Zemlji (9,80665 N točno). |
| gram-sila | gf | 9.8066 mN | Male gravitacijske 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 gravitacijske sile; rijetko se koristi. |
| funta-sila | lbf | 4.4482 N | Američki/britanski standard; 1 lbf = 4,4482216 N (točno). |
| uncija-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; građevinarstvo, dizajn mostova. |
Imperijalne apsolutne jedinice
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o uporabi |
|---|---|---|---|
| poundal | pdl | 138.2550 mN | 1 lb·ft/s²; apsolutni imperijalni, zastario. |
| uncija (poundal) | oz pdl | 8.6409 mN | 1/16 paundala; samo teorijski. |
CGS sustav
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o uporabi |
|---|---|---|---|
| din | dyn | 1.000e-5 N | 1 g·cm/s² = 10⁻⁵ N; CGS sustav, 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. |
Specijalizirane i znanstvene
| Naziv jedinice | Simbol | Ekvivalent u njutnima | Napomene o uporabi |
|---|---|---|---|
| sten (MKS jedinica) | sn | 1.000 kN | MKS jedinica = 1000 N; povijesna. |
| grave-sila (kilogram-sila) | Gf | 9.8066 N | Alternativni naziv za kilogram-silu. |
| pond (gram-sila) | p | 9.8066 mN | Gram-sila; njemačka/istočnoeuropska uporaba. |
| kilopond (kilogram-sila) | kp | 9.8066 N | Kilogram-sila; europska tehnička jedinica. |
| crinal (decinjutn) | crinal | 100.0000 mN | Decinjutn (0,1 N); opskurno. |
| grave (kilogram u ranom metričkom sustavu) | grave | 9.8066 N | Rani metrički sustav; 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 tvari; težina (N) je gravitacijska 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 svemiru.
Koliko sile čovjek može proizvesti?
Prosječna osoba: 400 N guranja, 500 N povlačenja (kratki nalet). Trenirani sportaši: 1000+ N. Svjetska klasa u mrtvom dizanju: ~5000 N (~500 kg × 9,81). Sila ugriza: 400 N prosjek, 900 N maksimum.
Što 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.
Koristi li se din još uvijek?
Rijetko. Din (CGS jedinica) se pojavljuje u starim udžbenicima. Moderna znanost koristi milinjutne (mN). 1 mN = 100 din. CGS sustav je zastario osim u nekim specijaliziranim poljima.
Kako da pretvorim težinu u silu?
Težina JEST 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.
Potpuni Direktorij Alata
Svi 71 alati dostupni na UNITS