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.
Asas-asas Daya
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
- 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
| Konteks | Daya | Nota |
|---|---|---|
| Serangga berjalan | ~0.001 N | Skala mikronewton |
| Menekan butang | ~1 N | Tekanan jari yang ringan |
| Berjabat tangan | ~100 N | Genggaman yang kuat |
| Berat seseorang (70 kg) | ~686 N | ≈ 150 lbf |
| Tujahan enjin kereta | ~5 kN | 100 hp pada kelajuan lebuh raya |
| Berat gajah | ~50 kN | Haiwan 5 tan |
| Tujahan enjin jet | ~200 kN | Komersial moden |
| Enjin roket | ~10 MN | Enjin utama kapal angkasa lepas |
| Ketegangan kabel jambatan | ~100 MN | Skala Golden Gate |
| Hentaman asteroid (Chicxulub) | ~10²³ N | Membunuh dinosaur |
Perbandingan Daya: Newton vs Paun-Daya
| Newton (N) | Paun-Daya (lbf) | Contoh |
|---|---|---|
| 1 N | 0.225 lbf | Berat epal |
| 4.45 N | 1 lbf | 1 paun di Bumi |
| 10 N | 2.25 lbf | Berat 1 kg |
| 100 N | 22.5 lbf | Berjabat tangan yang kuat |
| 1 kN | 225 lbf | Enjin kereta kecil |
| 10 kN | 2,248 lbf | Berat 1 tan |
| 100 kN | 22,481 lbf | Berat trak |
| 1 MN | 224,809 lbf | Kapasiti 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
- 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
| Dari | Ke | Darab Dengan | Contoh |
|---|---|---|---|
| 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 | dyne | 100000 | 1 N = 100,000 dyn |
| dyne | N | 0.00001 | 50,000 dyn = 0.5 N |
Contoh Pantas
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 Unit | Simbol | Setara Newton | Nota Penggunaan |
|---|---|---|---|
| newton | N | 1 N (base) | Unit asas SI untuk daya; 1 N = 1 kg·m/s² (tepat). |
| kilonewton | kN | 1.000 kN | Standard kejuruteraan; enjin kereta, beban struktur. |
| meganewton | MN | 1.00e+0 N | Daya besar; roket, jambatan, penekan industri. |
| giganewton | GN | 1.00e+3 N | Daya tektonik, hentaman asteroid, teori. |
| milinewton | mN | 1.0000 mN | Instrumen ketepatan; daya spring kecil. |
| mikronewton | µN | 1.000e-6 N | Skala mikro; mikroskop daya atom, MEMS. |
| nanonewton | nN | 1.000e-9 N | Skala nano; daya molekul, atom tunggal. |
Unit Graviti
| Nama Unit | Simbol | Setara Newton | Nota Penggunaan |
|---|---|---|---|
| kilogram-daya | kgf | 9.8066 N | 1 kgf = berat 1 kg di Bumi (9.80665 N tepat). |
| gram-daya | gf | 9.8066 mN | Daya graviti kecil; neraca ketepatan. |
| tan-daya (metrik) | tf | 9.807 kN | Berat tan metrik; 1000 kgf = 9.81 kN. |
| miligram-daya | mgf | 9.807e-6 N | Daya graviti yang sangat kecil; jarang digunakan. |
| paun-daya | lbf | 4.4482 N | Standard AS/UK; 1 lbf = 4.4482216 N (tepat). |
| auns-daya | ozf | 278.0139 mN | 1/16 lbf; daya kecil, spring. |
| tan-daya (pendek, AS) | tonf | 8.896 kN | Tan AS (2000 lbf); peralatan berat. |
| tan-daya (panjang, UK) | LT | 9.964 kN | Tan UK (2240 lbf); perkapalan. |
| kip (kilopaun-daya) | kip | 4.448 kN | 1000 lbf; kejuruteraan struktur, reka bentuk jambatan. |
Unit Mutlak Imperial
| Nama Unit | Simbol | Setara Newton | Nota Penggunaan |
|---|---|---|---|
| poundal | pdl | 138.2550 mN | 1 lb·ft/s²; mutlak imperial, lapuk. |
| auns (poundal) | oz pdl | 8.6409 mN | 1/16 poundal; teori sahaja. |
Sistem CGS
| Nama Unit | Simbol | Setara Newton | Nota Penggunaan |
|---|---|---|---|
| dyne | dyn | 1.000e-5 N | 1 g·cm/s² = 10⁻⁵ N; sistem CGS, legasi. |
| kilodyne | kdyn | 10.0000 mN | 1000 dyn = 0.01 N; jarang digunakan. |
| megadyne | Mdyn | 10.0000 N | 10⁶ dyn = 10 N; istilah lapuk. |
Khusus & Saintifik
| Nama Unit | Simbol | Setara Newton | Nota Penggunaan |
|---|---|---|---|
| sthène (unit MKS) | sn | 1.000 kN | Unit MKS = 1000 N; sejarah. |
| grave-daya (kilogram-daya) | Gf | 9.8066 N | Nama alternatif untuk kilogram-daya. |
| pond (gram-daya) | p | 9.8066 mN | Gram-daya; penggunaan Jerman/Eropah Timur. |
| kilopond (kilogram-daya) | kp | 9.8066 N | Kilogram-daya; unit teknikal Eropah. |
| crinal (desinewton) | crinal | 100.0000 mN | Decinewton (0.1 N); tidak jelas. |
| grave (kilogram dalam sistem metrik awal) | grave | 9.8066 N | Sistem metrik awal; kilogram-daya. |
| unit daya atom | a.u. | 8.239e-8 N | Daya Hartree; fizik atom (8.2×10⁻⁸ N). |
| daya Planck | FP | 1.21e+38 N | Skala 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