Конвертер Сили
Сила — від яблука Ньютона до чорних дір
Опануйте одиниці сили в інженерії, фізиці та космосі. Від ньютонів до фунт-сили, від дин до гравітаційних сил, конвертуйте з упевненістю та розумійте, що означають числа.
Основи сили
Другий закон Ньютона
F = ma — це основа динаміки. 1 ньютон прискорює 1 кг на 1 м/с². Кожна сила, яку ви відчуваєте, — це маса, що чинить опір прискоренню.
- 1 Н = 1 кг·м/с²
- Подвійна сила → подвійне прискорення
- Сила — це вектор (має напрямок)
- Рівнодійна сила визначає рух
Сила проти ваги
Вага — це гравітаційна сила: W = mg. Ваша маса постійна, але вага змінюється з гравітацією. На Місяці ваша вага становить 1/6 вашої земної ваги.
- Маса (кг) ≠ Вага (Н)
- Вага = маса × гравітація
- 1 кгс = 9.81 Н на Землі
- Невагомість на орбіті = все ще є маса
Типи сил
Контактні сили торкаються об'єктів (тертя, натяг). Неконтактні сили діють на відстані (гравітація, магнетизм, електрика).
- Натяг тягне вздовж мотузок/кабелів
- Тертя протидіє руху
- Нормальна сила перпендикулярна до поверхонь
- Гравітація завжди притягує, ніколи не відштовхує
- 1 ньютон = сила для прискорення 1 кг на 1 м/с²
- Сила = маса × прискорення (F = ma)
- Вага — це сила, маса — ні (W = mg)
- Сили додаються як вектори (величина + напрямок)
Пояснення систем одиниць
СІ/Метрична — Абсолютна
Ньютон (Н) — це основна одиниця СІ. Визначається з фундаментальних констант: кг, м, с. Використовується у всій науковій роботі.
- 1 Н = 1 кг·м/с² (точно)
- кН, МН для великих сил
- мН, мкН для точних робіт
- Універсальна в інженерії/фізиці
Гравітаційні одиниці
Одиниці сили, засновані на земній гравітації. 1 кгс = сила, щоб утримати 1 кг проти гравітації. Інтуїтивно, але залежить від місця.
- кгс = кілограм-сила = 9.81 Н
- фунт-сила = 4.45 Н
- тонна-сила (метрична/коротка/довга)
- Гравітація змінюється на ±0.5% на Землі
СГС та спеціалізовані
Дина (СГС) для малих сил: 1 дин = 10⁻⁵ Н. Паундаль (імперська абсолютна) рідко використовується. Атомні/планківські сили для квантових масштабів.
- 1 дин = 1 г·см/с²
- Паундаль = 1 фунт·фут/с² (абсолютна)
- Атомна одиниця ≈ 8.2×10⁻⁸ Н
- Планківська сила ≈ 1.2×10⁴⁴ Н
Фізика сили
Три закони Ньютона
1-й: Об'єкти чинять опір змінам (інерція). 2-й: F=ma кількісно це визначає. 3-й: Кожна дія має рівну протидію.
- Закон 1: Немає рівнодійної сили → немає прискорення
- Закон 2: F = ma (визначає ньютон)
- Закон 3: Пари дія-протидія
- Закони передбачають весь класичний рух
Векторне додавання
Сили поєднуються як вектори, а не прості суми. Дві сили по 10 Н під кутом 90° утворюють 14.1 Н (√200), а не 20 Н.
- Потрібна величина + напрямок
- Використовуйте теорему Піфагора для перпендикулярності
- Паралельні сили додаються/віднімаються безпосередньо
- Рівновага: рівнодійна сила = 0
Фундаментальні сили
Чотири фундаментальні сили керують всесвітом: гравітація, електромагнетизм, сильна ядерна, слабка ядерна. Все інше — їх комбінації.
- Гравітація: найслабша, нескінченний радіус дії
- Електромагнетизм: заряди, хімія
- Сильна: зв'язує кварки в протонах
- Слабка: радіоактивний розпад
Орієнтири сили
| Контекст | Сила | Примітки |
|---|---|---|
| Комаха, що ходить | ~0.001 Н | Мікроньютонний масштаб |
| Натискання кнопки | ~1 Н | Легкий тиск пальця |
| Рукостискання | ~100 Н | Міцний хват |
| Вага людини (70 кг) | ~686 Н | ≈ 150 фунт-сил |
| Тяга автомобільного двигуна | ~5 кН | 100 к.с. на швидкості шосе |
| Вага слона | ~50 кН | 5-тонна тварина |
| Тяга реактивного двигуна | ~200 кН | Сучасний комерційний |
| Ракетний двигун | ~10 МН | Головний двигун космічного шатла |
| Натяг каната мосту | ~100 МН | Масштаб Золотих Воріт |
| Удар астероїда (Чиксулуб) | ~10²³ Н | Вбив динозаврів |
Порівняння сил: Ньютони проти Фунт-сили
| Ньютони (Н) | Фунт-сила (lbf) | Приклад |
|---|---|---|
| 1 Н | 0.225 lbf | Вага яблука |
| 4.45 Н | 1 lbf | 1 фунт на Землі |
| 10 Н | 2.25 lbf | Вага 1 кг |
| 100 Н | 22.5 lbf | Міцне рукостискання |
| 1 кН | 225 lbf | Малий автомобільний двигун |
| 10 кН | 2,248 lbf | Вага 1 тонни |
| 100 кН | 22,481 lbf | Вага вантажівки |
| 1 МН | 224,809 lbf | Вантажопідйомність великого крана |
Застосування в реальному світі
Будівельна інженерія
Будівлі витримують величезні сили: вітер, землетруси, навантаження. Колони, балки розраховані на сили від кН до МН.
- Канати мостів: 100+ МН натягу
- Колони будівель: 1-10 МН стиснення
- Вітер на хмарочосі: 50+ МН бічної сили
- Коефіцієнт безпеки зазвичай 2-3×
Аерокосмічна техніка та рушії
Тяга ракет вимірюється в меганьютонах. Двигуни літаків виробляють кілоньютони. Кожен ньютон має значення при подоланні гравітації.
- Сатурн V: 35 МН тяги
- Двигун Boeing 747: 280 кН кожен
- Falcon 9: 7.6 МН на старті
- Корекція орбіти МКС: 0.3 кН (постійно)
Машинобудування
Динамометричні ключі, гідравліка, кріплення — все оцінюється за силою. Критично для безпеки та продуктивності.
- Гайки коліс автомобіля: 100-140 Н·м крутного моменту
- Гідравлічний прес: потужність 10+ МН
- Натяг болтів: типовий діапазон кН
- Жорсткість пружин в Н/м або кН/м
Швидкі розрахунки для конвертації
Н ↔ кгс (швидко)
Поділіть на 10 для оцінки: 100 Н ≈ 10 кгс (точно: 10.2)
- 1 кгс = 9.81 Н (точно)
- 10 кгс ≈ 100 Н
- 100 кгс ≈ 1 кН
- Швидко: Н ÷ 10 → кгс
Н ↔ фунт-сила
1 фунт-сила ≈ 4.5 Н. Поділіть Н на 4.5, щоб отримати фунт-силу.
- 1 lbf = 4.448 Н (точно)
- 100 Н ≈ 22.5 lbf
- 1 кН ≈ 225 lbf
- В умі: Н ÷ 4.5 → lbf
Дина ↔ Н
1 Н = 100,000 дин. Просто перемістіть десяткову кому на 5 знаків.
- 1 дин = 10⁻⁵ Н
- 1 Н = 10⁵ дин
- СГС в СІ: ×10⁻⁵
- Сьогодні рідко використовується
Як працюють конвертації
- Крок 1: Конвертуйте джерело → ньютони за допомогою коефіцієнта toBase
- Крок 2: Конвертуйте ньютони → ціль за допомогою коефіцієнта toBase цілі
- Альтернатива: Використовуйте прямий коефіцієнт, якщо він доступний (кгс → фунт-сила: помножте на 2.205)
- Перевірка на здоровий глузд: 1 кгс ≈ 10 Н, 1 фунт-сила ≈ 4.5 Н
- Для ваги: маса (кг) × 9.81 = сила (Н)
Довідник поширених конвертацій
| З | В | Помножити на | Приклад |
|---|---|---|---|
| Н | кН | 0.001 | 1000 Н = 1 кН |
| кН | Н | 1000 | 5 кН = 5000 Н |
| Н | кгс | 0.10197 | 100 Н ≈ 10.2 кгс |
| кгс | Н | 9.80665 | 10 кгс = 98.1 Н |
| Н | lbf | 0.22481 | 100 Н ≈ 22.5 lbf |
| lbf | Н | 4.44822 | 50 lbf ≈ 222 Н |
| lbf | кгс | 0.45359 | 100 lbf ≈ 45.4 кгс |
| кгс | lbf | 2.20462 | 50 кгс ≈ 110 lbf |
| Н | dyne | 100000 | 1 Н = 100,000 дин |
| dyne | Н | 0.00001 | 50,000 дин = 0.5 Н |
Швидкі приклади
Розв'язані задачі
Конвертація тяги ракети
Тяга ракети Сатурн V: 35 МН. Конвертуйте у фунт-силу.
35 МН = 35,000,000 Н. 1 Н = 0.22481 фунт-сили. 35M × 0.22481 = 7.87 мільйона фунт-сил
Вага на різних планетах
Людина 70 кг. Вага на Землі проти Марса (g = 3.71 м/с²)?
Земля: 70 × 9.81 = 686 Н. Марс: 70 × 3.71 = 260 Н. Маса та сама, вага 38%.
Натяг каната
Канат мосту витримує 500 тонн. Який натяг у МН?
500 метричних тонн = 500,000 кг. F = mg = 500,000 × 9.81 = 4.9 МН
Поширені помилки, яких слід уникати
- **Маса проти ваги**: кг вимірює масу, Н вимірює силу. Не кажіть 'людина 70 Н' — кажіть 70 кг.
- **кгс ≠ кг**: 1 кгс — це сила (9.81 Н), 1 кг — це маса. Плутанина спричиняє помилки в 10 разів.
- **Місце має значення**: кгс/фунт-сила припускають земну гравітацію. На Місяці 1 кг важить 1.6 Н, а не 9.81 Н.
- **Векторне додавання**: 5 Н + 5 Н може дорівнювати 0 (протилежні), 7.1 (перпендикулярні) або 10 (однаковий напрямок).
- **Плутанина з фунтом**: фунт = маса, фунт-сила = сила. У США 'фунт' зазвичай означає фунт-силу залежно від контексту.
- **Рідкісність дини**: Дина застаріла; використовуйте міліньютони. 10⁵ дин = 1 Н, не інтуїтивно.
Цікаві факти про силу
Найсильніший м'яз
Жувальний м'яз щелепи створює силу укусу 400 Н (900 фунт-сил). Крокодил: 17 кН. Вимерлий мегалодон: 180 кН — достатньо, щоб розтрощити автомобіль.
Сила блохи
Блоха стрибає з силою 0.0002 Н, але прискорюється на 100g. Їхні ноги — це пружини, що зберігають енергію, вивільняючи її швидше, ніж м'яз може скоротитися.
Припливні сили чорної діри
Поблизу чорної діри припливна сила розтягує вас: ноги відчувають на 10⁹ Н більше, ніж голова. Це називається 'спагетіфікація'. Вас би розірвало атом за атомом.
Тяжіння Землі
Гравітація Місяця створює припливи з силою 10¹⁶ Н на океани Землі. Земля тягне Місяць назад з силою 2×10²⁰ Н — але Місяць все одно віддаляється на 3.8 см/рік.
Міцність павутиння
Павутиння рветься при напруженні ~1 ГПа. Нитка з перерізом 1 мм² витримала б 100 кг (980 Н) — міцніше за сталь за вагою.
Атомно-силовий мікроскоп
АСМ відчуває сили до 0.1 наноньютона (10⁻¹⁰ Н). Може виявляти виступи розміром в один атом. Це як відчути піщинку з орбіти.
Історична еволюція
1687
Ньютон публікує 'Математичні начала натуральної філософії', визначаючи силу за допомогою F = ma та трьох законів руху.
1745
П'єр Бугер вимірює гравітаційну силу на горах, помічаючи варіації в гравітаційному полі Землі.
1798
Кавендіш зважує Землю за допомогою торсіонних ваг, вимірюючи гравітаційну силу між масами.
1873
Британська асоціація визначає 'дину' (одиниця СГС) як 1 г·см/с². Пізніше ньютон був прийнятий для СІ.
1948
CGPM визначає ньютон як кг·м/с² для системи СІ. Замінює старі кгс та технічні одиниці.
1960
СІ офіційно прийнята у всьому світі. Ньютон стає універсальною одиницею сили для науки та інженерії.
1986
Винайдено атомно-силовий мікроскоп, що виявляє піконьютонні сили. Революціонізує нанотехнології.
2019
Перевизначення СІ: ньютон тепер походить від сталої Планка. Фундаментально точний, без фізичного артефакту.
Професійні поради
- **Швидка оцінка кгс**: Поділіть ньютони на 10. 500 Н ≈ 50 кгс (точно: 51).
- **Вага з маси**: Помножте кг на 10 для швидкої оцінки Н. 70 кг ≈ 700 Н.
- **Мнемоніка для lbf**: 1 фунт-сила — це приблизно половина ваги 2-літрової пляшки газованої води (4.45 Н).
- **Перевіряйте свої одиниці**: Якщо результат здається в 10 разів неправильним, ви, ймовірно, сплутали масу (кг) з силою (кгс).
- **Напрямок має значення**: Сили — це вектори. Завжди вказуйте величину + напрямок у реальних задачах.
- **Пружинні ваги вимірюють силу**: Ваги для ванної кімнати показують кгс або фунт-силу (силу), але маркуються як кг/фунт (маса) за домовленістю.
- **Автоматичний науковий запис**: Значення < 1 мкН або > 1 ГН відображаються у науковому записі для кращої читабельності.
Повний довідник одиниць
СІ / Метрична (Абсолютна)
| Назва одиниці | Символ | Еквівалент у Ньютонах | Примітки щодо використання |
|---|---|---|---|
| ньютон | N | 1 N (base) | Основна одиниця СІ для сили; 1 Н = 1 кг·м/с² (точно). |
| кілоньютон | kN | 1.000 kN | Інженерний стандарт; автомобільні двигуни, структурні навантаження. |
| меганьютон | MN | 1.00e+0 N | Великі сили; ракети, мости, промислові преси. |
| гіганьютон | GN | 1.00e+3 N | Тектонічні сили, удари астероїдів, теоретичні. |
| міліньютон | mN | 1.0000 mN | Точні прилади; малі сили пружин. |
| мікроньютон | µN | 1.000e-6 N | Мікромасштаб; атомно-силова мікроскопія, МЕМС. |
| наноньютон | nN | 1.000e-9 N | Наномасштаб; молекулярні сили, окремі атоми. |
Гравітаційні одиниці
| Назва одиниці | Символ | Еквівалент у Ньютонах | Примітки щодо використання |
|---|---|---|---|
| кілограм-сила | kgf | 9.8066 N | 1 кгс = вага 1 кг на Землі (9.80665 Н точно). |
| грам-сила | gf | 9.8066 mN | Малі гравітаційні сили; точні ваги. |
| тонна-сила (метрична) | tf | 9.807 kN | Вага метричної тонни; 1000 кгс = 9.81 кН. |
| міліграм-сила | mgf | 9.807e-6 N | Дуже малі гравітаційні сили; рідко використовується. |
| фунт-сила | lbf | 4.4482 N | Стандарт США/Великобританії; 1 фунт-сила = 4.4482216 Н (точно). |
| унція-сила | ozf | 278.0139 mN | 1/16 фунт-сили; малі сили, пружини. |
| тонна-сила (коротка, США) | tonf | 8.896 kN | Тонна США (2000 фунт-сил); важке обладнання. |
| тонна-сила (довга, Велика Британія) | LT | 9.964 kN | Тонна Великобританії (2240 фунт-сил); судноплавство. |
| кіп (кілофунт-сила) | kip | 4.448 kN | 1000 фунт-сил; будівельна інженерія, проектування мостів. |
Імперські абсолютні одиниці
| Назва одиниці | Символ | Еквівалент у Ньютонах | Примітки щодо використання |
|---|---|---|---|
| паундаль | pdl | 138.2550 mN | 1 фунт·фут/с²; абсолютна імперська, застаріла. |
| унція (паундаль) | oz pdl | 8.6409 mN | 1/16 паундаля; лише теоретично. |
Система СГС
| Назва одиниці | Символ | Еквівалент у Ньютонах | Примітки щодо використання |
|---|---|---|---|
| дін | dyn | 1.000e-5 N | 1 г·см/с² = 10⁻⁵ Н; система СГС, застаріла. |
| кілодін | kdyn | 10.0000 mN | 1000 дин = 0.01 Н; рідко використовується. |
| мегадін | Mdyn | 10.0000 N | 10⁶ дин = 10 Н; застарілий термін. |
Спеціалізовані та наукові
| Назва одиниці | Символ | Еквівалент у Ньютонах | Примітки щодо використання |
|---|---|---|---|
| стен (одиниця МКС) | sn | 1.000 kN | Одиниця МКС = 1000 Н; історична. |
| грейв-сила (кілограм-сила) | Gf | 9.8066 N | Альтернативна назва для кілограм-сили. |
| понд (грам-сила) | p | 9.8066 mN | Грам-сила; використання в Німеччині/Східній Європі. |
| кілопонд (кілограм-сила) | kp | 9.8066 N | Кілограм-сила; європейська технічна одиниця. |
| кріналь (дециньютон) | crinal | 100.0000 mN | Дециньютон (0.1 Н); маловідома. |
| грейв (кілограм у ранній метричній системі) | grave | 9.8066 N | Рання метрична система; кілограм-сила. |
| атомна одиниця сили | a.u. | 8.239e-8 N | Сила Хартрі; атомна фізика (8.2×10⁻⁸ Н). |
| сила Планка | FP | 1.21e+38 N | Масштаб квантової гравітації; 1.2×10⁴⁴ Н (теоретична). |
Часті запитання
Яка різниця між масою та вагою?
Маса (кг) — це кількість речовини; вага (Н) — це гравітаційна сила, що діє на цю масу. Маса залишається постійною; вага змінюється з гравітацією. Ви важите 1/6 на Місяці, але маєте ту саму масу.
Чому використовувати ньютони замість кгс або фунт-сили?
Ньютон є абсолютним — не залежить від гравітації. кгс/фунт-сила припускають земну гравітацію (9.81 м/с²). На Місяці або Марсі кгс/фунт-сила були б неправильними. Ньютон працює скрізь у всесвіті.
Яку силу може докласти людина?
Середня людина: 400 Н поштовх, 500 Н тяга (короткий ривок). Треновані спортсмени: 1000+ Н. Світовий рекорд у становій тязі: ~5000 Н (~500 кг × 9.81). Сила укусу: в середньому 400 Н, максимум 900 Н.
Що таке кіп і чому його використовують?
Кіп = 1000 фунт-сил (кілофунт-сила). Американські інженери-будівельники використовують кіпи для навантажень на мостах/будівлях, щоб не писати великі числа. 50 кіп = 50,000 фунт-сил = 222 кН.
Чи досі використовується дина?
Рідко. Дина (одиниця СГС) зустрічається у старих підручниках. Сучасна наука використовує міліньютони (мН). 1 мН = 100 дин. Система СГС застаріла, за винятком деяких спеціалізованих галузей.
Як мені конвертувати вагу в силу?
Вага І Є сила. Формула: F = mg. Приклад: людина 70 кг → 70 × 9.81 = 686 Н на Землі. На Місяці: 70 × 1.62 = 113 Н. Маса (70 кг) не змінюється.
Повний Довідник Інструментів
Усі 71 інструменти, доступні на UNITS