Penukar Daya

Daya — Dari Epal Newton ke Lohong Hitam

Kuasai unit daya merentasi kejuruteraan, fizik, dan angkasa. Dari newton ke paun-daya, dyne ke daya graviti, tukar dengan yakin dan fahami maksud nombor-nombor tersebut.

Mengapa Pengukuran Daya Merangkumi 45 Darjah Magnitud
Alat ini menukar antara 30+ unit daya - newton, paun-daya, kilogram-daya, kip, dyne, dan banyak lagi. Sama ada anda mengira tujahan roket, beban struktur, interaksi molekul, atau daya graviti, penukar ini mengendalikan segalanya dari daya kuantum (10⁻⁴⁸ N) hingga graviti lohong hitam (10⁴³ N), termasuk pengiraan berat (W=mg), analisis tegasan kejuruteraan, dan dinamik F=ma di semua skala fizik.

Asas-asas Daya

Daya
Satu tolakan atau tarikan yang mengubah gerakan. Unit SI: newton (N). Formula: F = ma (jisim × pecutan)

Hukum Kedua Newton

F = ma adalah asas dinamik. 1 newton memecut 1 kg pada 1 m/s². Setiap daya yang anda rasai adalah jisim yang menentang pecutan.

  • 1 N = 1 kg·m/s²
  • Daya berganda → pecutan berganda
  • Daya adalah vektor (mempunyai arah)
  • Daya bersih menentukan gerakan

Daya vs Berat

Berat adalah daya graviti: W = mg. Jisim anda adalah malar, tetapi berat berubah dengan graviti. Di Bulan, anda mempunyai 1/6 berat anda di Bumi.

  • Jisim (kg) ≠ Berat (N)
  • Berat = jisim × graviti
  • 1 kgf = 9.81 N di Bumi
  • Tanpa berat di orbit = masih mempunyai jisim

Jenis-jenis Daya

Daya sentuhan menyentuh objek (geseran, ketegangan). Daya bukan sentuhan bertindak dari jauh (graviti, kemagnetan, elektrik).

  • Ketegangan menarik sepanjang tali/kabel
  • Geseran menentang gerakan
  • Daya normal berserenjang dengan permukaan
  • Graviti sentiasa menarik, tidak pernah menolak
Ringkasan Pantas
  • 1 newton = daya untuk memecut 1 kg pada 1 m/s²
  • Daya = jisim × pecutan (F = ma)
  • Berat adalah daya, jisim bukan (W = mg)
  • Daya ditambah sebagai vektor (magnitud + arah)

Sistem Unit Dijelaskan

SI/Metrik — Mutlak

Newton (N) adalah unit asas SI. Ditakrifkan daripada pemalar asas: kg, m, s. Digunakan dalam semua kerja saintifik.

  • 1 N = 1 kg·m/s² (tepat)
  • kN, MN untuk daya besar
  • mN, µN untuk kerja ketepatan
  • Universal dalam kejuruteraan/fizik

Unit Graviti

Unit daya berdasarkan graviti Bumi. 1 kgf = daya untuk menahan 1 kg terhadap graviti. Intuitif tetapi bergantung pada lokasi.

  • kgf = kilogram-daya = 9.81 N
  • lbf = paun-daya = 4.45 N
  • tonf = tan-daya (metrik/pendek/panjang)
  • Graviti berbeza-beza ±0.5% di Bumi

CGS & Khusus

Dyne (CGS) untuk daya kecil: 1 dyn = 10⁻⁵ N. Poundal (mutlak imperial) jarang digunakan. Daya atom/Planck untuk skala kuantum.

  • 1 dyne = 1 g·cm/s²
  • Poundal = 1 lb·ft/s² (mutlak)
  • Unit atom ≈ 8.2×10⁻⁸ N
  • Daya Planck ≈ 1.2×10⁴⁴ N

Fizik Daya

Tiga Hukum Newton

Pertama: Objek menentang perubahan (inersia). Kedua: F=ma mengkuantitinya. Ketiga: Setiap tindakan mempunyai tindak balas yang sama dan bertentangan.

  • Hukum 1: Tiada daya bersih → tiada pecutan
  • Hukum 2: F = ma (mentakrifkan newton)
  • Hukum 3: Pasangan tindakan-tindak balas
  • Hukum-hukum ini meramalkan semua gerakan klasik

Penambahan Vektor

Daya bergabung sebagai vektor, bukan jumlah mudah. Dua daya 10 N pada 90° menghasilkan 14.1 N (√200), bukan 20 N.

  • Magnitud + arah diperlukan
  • Gunakan teorem Pythagoras untuk serenjang
  • Daya selari ditambah/ditolak secara langsung
  • Keseimbangan: daya bersih = 0

Daya Asas

Empat daya asas mengawal alam semesta: graviti, elektromagnetisme, nuklear kuat, nuklear lemah. Semua yang lain adalah gabungan.

  • Graviti: paling lemah, julat tak terhingga
  • Elektromagnetik: cas, kimia
  • Kuat: mengikat kuark dalam proton
  • Lemah: pereputan radioaktif

Penanda Aras Daya

KonteksDayaNota
Serangga berjalan~0.001 NSkala mikronewton
Menekan butang~1 NTekanan jari yang ringan
Berjabat tangan~100 NGenggaman yang kuat
Berat seseorang (70 kg)~686 N≈ 150 lbf
Tujahan enjin kereta~5 kN100 hp pada kelajuan lebuh raya
Berat gajah~50 kNHaiwan 5 tan
Tujahan enjin jet~200 kNKomersial moden
Enjin roket~10 MNEnjin utama kapal angkasa lepas
Ketegangan kabel jambatan~100 MNSkala Golden Gate
Hentaman asteroid (Chicxulub)~10²³ NMembunuh dinosaur

Perbandingan Daya: Newton vs Paun-Daya

Newton (N)Paun-Daya (lbf)Contoh
1 N0.225 lbfBerat epal
4.45 N1 lbf1 paun di Bumi
10 N2.25 lbfBerat 1 kg
100 N22.5 lbfBerjabat tangan yang kuat
1 kN225 lbfEnjin kereta kecil
10 kN2,248 lbfBerat 1 tan
100 kN22,481 lbfBerat trak
1 MN224,809 lbfKapasiti kren besar

Aplikasi Dunia Sebenar

Kejuruteraan Struktur

Bangunan menahan daya yang sangat besar: angin, gempa bumi, beban. Tiang, rasuk direka untuk daya kN hingga MN.

  • Kabel jambatan: 100+ MN ketegangan
  • Tiang bangunan: 1-10 MN mampatan
  • Angin pada pencakar langit: 50+ MN sisi
  • Faktor keselamatan biasanya 2-3×

Aeroangkasa & Pendorongan

Tujahan roket diukur dalam meganewton. Enjin pesawat menghasilkan kilonewton. Setiap newton dikira apabila melepaskan diri dari graviti.

  • Saturn V: 35 MN tujahan
  • Enjin Boeing 747: 280 kN setiap satu
  • Falcon 9: 7.6 MN semasa pelepasan
  • Peninggian semula ISS: 0.3 kN (berterusan)

Kejuruteraan Mekanikal

Sepana tork, hidraulik, pengikat semuanya dinilai dalam daya. Kritikal untuk keselamatan dan prestasi.

  • Nat lug kereta: 100-140 N·m tork
  • Penekan hidraulik: 10+ MN kapasiti
  • Ketegangan bolt: julat kN yang biasa
  • Pemalar spring dalam N/m atau kN/m

Matematik Penukaran Pantas

N ↔ kgf (Pantas)

Bahagi dengan 10 untuk anggaran: 100 N ≈ 10 kgf (tepat: 10.2)

  • 1 kgf = 9.81 N (tepat)
  • 10 kgf ≈ 100 N
  • 100 kgf ≈ 1 kN
  • Pantas: N ÷ 10 → kgf

N ↔ lbf

1 lbf ≈ 4.5 N. Bahagi N dengan 4.5 untuk mendapatkan lbf.

  • 1 lbf = 4.448 N (tepat)
  • 100 N ≈ 22.5 lbf
  • 1 kN ≈ 225 lbf
  • Mental: N ÷ 4.5 → lbf

Dyne ↔ N

1 N = 100,000 dyne. Hanya alihkan perpuluhan 5 tempat.

  • 1 dyn = 10⁻⁵ N
  • 1 N = 10⁵ dyn
  • CGS ke SI: ×10⁻⁵
  • Jarang digunakan hari ini

Bagaimana Penukaran Berfungsi

Kaedah unit asas
Tukar mana-mana unit kepada newton (N) dahulu, kemudian dari N ke sasaran. Semakan pantas: 1 kgf ≈ 10 N; 1 lbf ≈ 4.5 N; 1 dyn = 0.00001 N.
  • Langkah 1: Tukar sumber → newton menggunakan faktor toBase
  • Langkah 2: Tukar newton → sasaran menggunakan faktor toBase sasaran
  • Alternatif: Gunakan faktor terus jika ada (kgf → lbf: darab dengan 2.205)
  • Semakan waras: 1 kgf ≈ 10 N, 1 lbf ≈ 4.5 N
  • Untuk berat: jisim (kg) × 9.81 = daya (N)

Rujukan Penukaran Biasa

DariKeDarab DenganContoh
NkN0.0011000 N = 1 kN
kNN10005 kN = 5000 N
Nkgf0.10197100 N ≈ 10.2 kgf
kgfN9.8066510 kgf = 98.1 N
Nlbf0.22481100 N ≈ 22.5 lbf
lbfN4.4482250 lbf ≈ 222 N
lbfkgf0.45359100 lbf ≈ 45.4 kgf
kgflbf2.2046250 kgf ≈ 110 lbf
Ndyne1000001 N = 100,000 dyn
dyneN0.0000150,000 dyn = 0.5 N

Contoh Pantas

500 N → kgf≈ 51 kgf
100 lbf → N≈ 445 N
10 kN → lbf≈ 2,248 lbf
50 kgf → lbf≈ 110 lbf
1 MN → kN= 1,000 kN
100,000 dyn → N= 1 N

Masalah yang Dikerjakan

Penukaran Tujahan Roket

Tujahan roket Saturn V: 35 MN. Tukar kepada paun-daya.

35 MN = 35,000,000 N. 1 N = 0.22481 lbf. 35M × 0.22481 = 7.87 juta lbf

Berat di Planet Berbeza

Orang 70 kg. Berat di Bumi vs Marikh (g = 3.71 m/s²)?

Bumi: 70 × 9.81 = 686 N. Marikh: 70 × 3.71 = 260 N. Jisim sama, berat 38%.

Ketegangan Kabel

Kabel jambatan menyokong 500 tan. Apakah ketegangan dalam MN?

500 tan metrik = 500,000 kg. F = mg = 500,000 × 9.81 = 4.9 MN

Kesilapan Biasa yang Perlu Dielakkan

  • **Jisim vs Berat**: kg mengukur jisim, N mengukur daya. Jangan katakan 'orang 70 N'—katakan 70 kg.
  • **kgf ≠ kg**: 1 kgf adalah daya (9.81 N), 1 kg adalah jisim. Kekeliruan menyebabkan ralat 10×.
  • **Lokasi penting**: kgf/lbf menganggap graviti Bumi. Di Bulan, 1 kg mempunyai berat 1.6 N, bukan 9.81 N.
  • **Penambahan vektor**: 5 N + 5 N boleh sama dengan 0 (bertentangan), 7.1 (berserenjang), atau 10 (arah yang sama).
  • **Kekeliruan paun**: lb = jisim, lbf = daya. Di AS, 'paun' biasanya bermaksud lbf bergantung pada konteks.
  • **Jarangnya dyne**: Dyne sudah lapuk; gunakan milinewton. 10⁵ dyn = 1 N, tidak intuitif.

Fakta Menarik tentang Daya

Otot Terkuat

Otot masseter rahang menggunakan daya gigitan 400 N (900 lbf). Buaya: 17 kN. Megalodon yang telah pupus: 180 kN—cukup untuk menghancurkan kereta.

Kuasa Kutu

Kutu melompat dengan daya 0.0002 N tetapi memecut pada 100g. Kakinya adalah spring yang menyimpan tenaga, melepaskannya lebih cepat daripada otot boleh mengecut.

Daya Pasang Surut Lohong Hitam

Berhampiran lohong hitam, daya pasang surut meregangkan anda: kaki merasakan 10⁹ N lebih daripada kepala. Dipanggil 'spaghettification.' Anda akan dicarik atom demi atom.

Tarikan Graviti Bumi

Graviti Bulan mencipta pasang surut dengan daya 10¹⁶ N pada lautan Bumi. Bumi menarik Bulan kembali dengan 2×10²⁰ N—tetapi Bulan masih melarikan diri 3.8 cm/tahun.

Kekuatan Sutera Labah-labah

Sutera labah-labah putus pada tekanan ~1 GPa. Benang dengan keratan rentas 1 mm² akan menampung 100 kg (980 N)—lebih kuat daripada keluli mengikut berat.

Mikroskop Daya Atom

AFM merasakan daya hingga 0.1 nanonewton (10⁻¹⁰ N). Boleh mengesan bonjolan atom tunggal. Seperti merasakan sebutir pasir dari orbit.

Evolusi Sejarah

1687

Newton menerbitkan Principia Mathematica, mentakrifkan daya dengan F = ma dan tiga hukum gerakan.

1745

Pierre Bouguer mengukur daya graviti di pergunungan, memerhatikan variasi dalam medan graviti Bumi.

1798

Cavendish menimbang Bumi menggunakan neraca kilasan, mengukur daya graviti antara jisim.

1873

Persatuan British mentakrifkan 'dyne' (unit CGS) sebagai 1 g·cm/s². Kemudian, newton diterima pakai untuk SI.

1948

CGPM mentakrifkan newton sebagai kg·m/s² untuk sistem SI. Menggantikan kgf lama dan unit teknikal.

1960

SI diterima pakai secara rasmi di seluruh dunia. Newton menjadi unit daya universal untuk sains dan kejuruteraan.

1986

Mikroskop daya atom dicipta, mengesan daya piconewton. Merevolusikan nanoteknologi.

2019

Penakrifan semula SI: newton kini diterbitkan daripada pemalar Planck. Tepat secara asas, tiada artifak fizikal.

Petua Pro

  • **Anggaran kgf pantas**: Bahagi newton dengan 10. 500 N ≈ 50 kgf (tepat: 51).
  • **Berat dari jisim**: Darab kg dengan 10 untuk anggaran N pantas. 70 kg ≈ 700 N.
  • **Trik ingatan lbf**: 1 lbf adalah kira-kira separuh berat botol soda 2 liter (4.45 N).
  • **Semak unit anda**: Jika keputusan kelihatan 10× salah, anda mungkin telah mencampurkan jisim (kg) dengan daya (kgf).
  • **Arah penting**: Daya adalah vektor. Sentiasa nyatakan magnitud + arah dalam masalah sebenar.
  • **Penimbang spring mengukur daya**: Penimbang bilik mandi menunjukkan kgf atau lbf (daya), tetapi dilabelkan sebagai kg/lb (jisim) mengikut konvensyen.
  • **Notasi saintifik automatik**: Nilai < 1 µN atau > 1 GN dipaparkan sebagai notasi saintifik untuk kebolehbacaan.

Rujukan Unit Lengkap

SI / Metrik (Mutlak)

Nama UnitSimbolSetara NewtonNota Penggunaan
newtonN1 N (base)Unit asas SI untuk daya; 1 N = 1 kg·m/s² (tepat).
kilonewtonkN1.000 kNStandard kejuruteraan; enjin kereta, beban struktur.
meganewtonMN1.00e+0 NDaya besar; roket, jambatan, penekan industri.
giganewtonGN1.00e+3 NDaya tektonik, hentaman asteroid, teori.
milinewtonmN1.0000 mNInstrumen ketepatan; daya spring kecil.
mikronewtonµN1.000e-6 NSkala mikro; mikroskop daya atom, MEMS.
nanonewtonnN1.000e-9 NSkala nano; daya molekul, atom tunggal.

Unit Graviti

Nama UnitSimbolSetara NewtonNota Penggunaan
kilogram-dayakgf9.8066 N1 kgf = berat 1 kg di Bumi (9.80665 N tepat).
gram-dayagf9.8066 mNDaya graviti kecil; neraca ketepatan.
tan-daya (metrik)tf9.807 kNBerat tan metrik; 1000 kgf = 9.81 kN.
miligram-dayamgf9.807e-6 NDaya graviti yang sangat kecil; jarang digunakan.
paun-dayalbf4.4482 NStandard AS/UK; 1 lbf = 4.4482216 N (tepat).
auns-dayaozf278.0139 mN1/16 lbf; daya kecil, spring.
tan-daya (pendek, AS)tonf8.896 kNTan AS (2000 lbf); peralatan berat.
tan-daya (panjang, UK)LT9.964 kNTan UK (2240 lbf); perkapalan.
kip (kilopaun-daya)kip4.448 kN1000 lbf; kejuruteraan struktur, reka bentuk jambatan.

Unit Mutlak Imperial

Nama UnitSimbolSetara NewtonNota Penggunaan
poundalpdl138.2550 mN1 lb·ft/s²; mutlak imperial, lapuk.
auns (poundal)oz pdl8.6409 mN1/16 poundal; teori sahaja.

Sistem CGS

Nama UnitSimbolSetara NewtonNota Penggunaan
dynedyn1.000e-5 N1 g·cm/s² = 10⁻⁵ N; sistem CGS, legasi.
kilodynekdyn10.0000 mN1000 dyn = 0.01 N; jarang digunakan.
megadyneMdyn10.0000 N10⁶ dyn = 10 N; istilah lapuk.

Khusus & Saintifik

Nama UnitSimbolSetara NewtonNota Penggunaan
sthène (unit MKS)sn1.000 kNUnit MKS = 1000 N; sejarah.
grave-daya (kilogram-daya)Gf9.8066 NNama alternatif untuk kilogram-daya.
pond (gram-daya)p9.8066 mNGram-daya; penggunaan Jerman/Eropah Timur.
kilopond (kilogram-daya)kp9.8066 NKilogram-daya; unit teknikal Eropah.
crinal (desinewton)crinal100.0000 mNDecinewton (0.1 N); tidak jelas.
grave (kilogram dalam sistem metrik awal)grave9.8066 NSistem metrik awal; kilogram-daya.
unit daya atoma.u.8.239e-8 NDaya Hartree; fizik atom (8.2×10⁻⁸ N).
daya PlanckFP1.21e+38 NSkala graviti kuantum; 1.2×10⁴⁴ N (teori).

Soalan Lazim

Apakah perbezaan antara jisim dan berat?

Jisim (kg) adalah jumlah jirim; berat (N) adalah daya graviti pada jisim itu. Jisim kekal malar; berat berubah dengan graviti. Anda mempunyai berat 1/6 di Bulan tetapi mempunyai jisim yang sama.

Mengapa menggunakan newton dan bukannya kgf atau lbf?

Newton adalah mutlak—ia tidak bergantung pada graviti. kgf/lbf menganggap graviti Bumi (9.81 m/s²). Di Bulan atau Marikh, kgf/lbf akan menjadi salah. Newton berfungsi di mana-mana sahaja di alam semesta.

Berapa banyak daya yang boleh digunakan oleh manusia?

Orang biasa: 400 N tolakan, 500 N tarikan (letusan singkat). Atlet terlatih: 1000+ N. Angkat berat bertaraf dunia: ~5000 N (~500 kg × 9.81). Daya gigitan: purata 400 N, maksimum 900 N.

Apakah itu kip dan mengapa ia digunakan?

Kip = 1000 lbf (kilopaun-daya). Jurutera struktur AS menggunakan kip untuk beban jambatan/bangunan untuk mengelak daripada menulis nombor besar. 50 kip = 50,000 lbf = 222 kN.

Adakah dyne masih digunakan?

Jarang. Dyne (unit CGS) muncul dalam buku teks lama. Sains moden menggunakan milinewton (mN). 1 mN = 100 dyn. Sistem CGS sudah lapuk kecuali dalam beberapa bidang khusus.

Bagaimana saya menukar berat kepada daya?

Berat ADALAH daya. Formula: F = mg. Contoh: orang 70 kg → 70 × 9.81 = 686 N di Bumi. Di Bulan: 70 × 1.62 = 113 N. Jisim (70 kg) tidak berubah.

Direktori Alat Lengkap

Semua 71 alat yang tersedia di UNITS

Tapis mengikut:
Kategori:

Ekstra