Voima on fyysinen termi, joka määritellään vaikutukseksi, joka saa esineen muuttamaan nopeuttaan tai liike- tai pyörimissuuntaansa. Voimat voivat kiihdyttää esineitä vetämällä tai työntämällä. Voiman, massan ja kiihtyvyyden suhde määriteltiin Isaac Newtonin Newtonin toisessa laissa, jonka mukaan esineen voima on sen massan ja kiihtyvyyden tulo. Jos haluat tietää kuinka mitata voimaa, seuraa näitä ohjeita.
Vaihe
Menetelmä 1/2: Voiman mittaus
Vaihe 1. Ymmärrä voiman, massan ja kiihtyvyyden suhde
Esineen voima on yksinkertaisesti sen massan ja sen kiihtyvyyden tulo. Tämä suhde voidaan määritellä seuraavalla kaavalla: Voima = massa x kiihtyvyys.
Tässä on muutamia muita asioita, jotka on otettava huomioon voimaa mitattaessa:
- Vakioyksikkö on kilogramma (kg).
- Kiihtyvyyden vakioyksikkö on m/s2.
- Voiman vakioyksikkö on newton (N). Newton on johdettu yksikkö. 1N = 1 kg x 1 m/s2.
Vaihe 2. Mittaa annetun kohteen massa
Esineen massa on sen sisältämän aineen määrä. Esineen massa ei koskaan muutu, riippumatta siitä, millä planeetalla se on; kun taas paino vaihtelee gravitaatiovoiman mukaan. Massasi maan päällä ja kuussa on sama. Metrijärjestelmässä massa voidaan kirjoittaa grammoina tai kilogrammoina. Oletetaan, että käyttämämme esine on kuorma -auto, jolla on massa 1000 kiloa.
- Jos haluat löytää tietyn kohteen massan, aseta se kolminkertaiselle tai kaksinkertaiselle vaa'alle. Tämä vaaka mittaa massan kilogrammoina tai grammoina.
- Keisarillisessa järjestelmässä massa voidaan ilmaista kiloina. Koska voima voidaan ilmaista myös näissä yksiköissä, termi "kilomassa" keksittiin erottamaan sen käyttö. Jos kuitenkin löydät kohteen massan ilmaistuna kiloina, kerro se yksinkertaisesti 0,45: llä löytääksesi arvo kilogrammoina.
Vaihe 3. Mittaa kohteen kiihtyvyys
Fysiikassa kiihtyvyys määritellään nopeuden muutokseksi, joka määritellään nopeudeksi tietyssä suunnassa ajan yksikköä kohti. Kiihtyvyyden lisäksi kiihtyvyys voidaan määritellä myös hidastumiseksi tai suunnan muuttamiseksi. Aivan kuten nopeus voidaan mitata nopeusmittarilla, kiihtyvyys voidaan mitata myös kiihtyvyysmittarilla. Anna trukin kiihtyvyys massalla 1000 kg On 3 m/s2.
- Metrijärjestelmässä nopeus kirjoitetaan senttimetreinä sekunnissa tai metreinä sekunnissa, ja kiihtyvyys kirjoitetaan senttimetreinä sekunnissa sekunnissa (senttimetriä sekunnissa neliössä) tai metriä sekunnissa sekunnissa (metriä sekunnissa neliössä).
- Keisarillisessa järjestelmässä yksi tapa ilmaista nopeus on jalat sekunnissa. Joten kiihtyvyys voidaan ilmaista myös jalkoyksiköinä sekunnissa neliössä.
Vaihe 4. Kerro kohteen massa sen kiihtyvyydellä
Tuloksena on tyyliarvo. Liitä vain saadut numerot yhtälöön ja tiedät kohteen voiman. Muista kirjoittaa vastauksesi netwoniin (N).
- Voima = massa x kiihtyvyys
- Voima = 1000 kg x 3 m/s2
- Voima = 3000N
Menetelmä 2/2: monimutkaisempia käsitteitä
Vaihe 1. Etsi massa, jos tiedät voiman ja kiihtyvyyden
Jos tiedät kohteen voiman ja kiihtyvyyden, liitä arvot samaan kaavaan löytääksesi kohteen massan. Voit tehdä sen seuraavasti:
- Voima = massa x kiihtyvyys
- 3N = massa x 3 m/s2
- Massa = 3N/3m/s2
- Paino = 1 kg
Vaihe 2. Etsi kiihtyvyys, jos tiedät voiman ja massan
Jos tiedät kohteen voiman ja massan, liitä arvot samaan kaavaan löytääksesi objektin kiihtyvyyden. Voit tehdä sen seuraavasti:
- Voima = massa x kiihtyvyys
- 10N = 2 kg x kiihtyvyys
- Kiihtyvyys = 10 N/2 kg
- Kiihtyvyys = 5 m/s2
Vaihe 3. Etsi kohteen kiihtyvyys
Jos haluat tietää kohteen voiman, voit laskea sen kiihtyvyyden niin kauan kuin tiedät sen massan. Sinun tarvitsee vain löytää kaava löytääksesi kohteen kiihtyvyys. Kaava on (Kiihtyvyys = Lopullinen nopeus - Alkunopeus)/Aika.
- Esimerkki: Juoksijan nopeus on 6 m/2 10 sekunnissa. Mikä on kiihtyvyys?
- Lopullinen nopeus on 6 m/s. Sen alkunopeus on 0 m/s. Aika on 10 s.
- Kiihtyvyys = (6 m/s - 0 m/s)/10 s = 6/10s = 0,6 m/s2
Vinkkejä
- Massa voidaan kirjoittaa myös etanoina, ja yksi etana on 32 174 kiloa massaa. Yksi kuona on massa, jota voidaan kiihdyttää 1 kilon voimalla kiihtyvyydellä 1 jalka sekunnissa neliössä. Kun etanoiden massa kerrotaan kiihtyvyydellä jaloina sekunnissa neliössä, muunnosvakiota ei käytetä.
- Siten 640 kilon massalla, joka kiihtyy 5 jalkaa sekunnissa neliössä, on likimääräinen voima 640 kertaa 5 jaettuna 32 tai 100 kilon voimalla.
- Paino on massa, johon painovoiman aiheuttama kiihtyvyys vaikuttaa. Maan pinnalla kiihtyvyys on noin 9,8 metriä sekunnissa (9,8065) tai 32 jalkaa sekunnissa (32, 174). Siten metrijärjestelmässä 100 kg: n massa vastaa 980 newtonia ja 100 gramman massa vastaa 980 dyneä. Britannian järjestelmässä massa ja paino voidaan kirjoittaa samoina yksikköinä, joten 100 kiloa massaa painaa 100 kiloa (100 kiloa voimaa). Koska jousivaaka mittaa kohteen painovoimaa, se mittaa painon, ei massan. (Jokapäiväisessä käytössä ei ole eroa, kunhan painovoima kohdistuu maan pintaan.)
- Jaa tulos muunnosvakioilla, jos käytät englanninkielisiä yksiköitä. Kuten edellä todettiin, punta voi olla massa- tai voimayksikkö brittiläisessä järjestelmässä; kun sitä käytetään voiman yksikönä, puntaa kutsutaan voiman kiloksi. Muunnosvakio on 32,174 kiloa jalkaa voimaa kohden toinen neliö; 32, 174 on maan painovoimasta johtuvan kiihtyvyyden arvo jaloina sekunnissa neliössä. (Laskemisen yksinkertaistamiseksi pyöristämme arvon 32: een.)
- Huomaa, että voiman, massan ja kiihtyvyyden välinen suhde tarkoittaa sitä, että pienen massan ja suuren kiihtyvyyden omaavalla esineellä voi olla sama voima kuin esineellä, jolla on suuri massa ja pieni kiihtyvyys.
- 150 kilogramman massalla, jonka kiihtyvyys on 10 metriä sekunnissa neliössä, on voima 150 kertaa 10 tai 1500 kilogrammaa metriä sekunnissa. (Kilometriä sekunnissa neliöksi kutsutaan newtoniksi.)
- Tyyleillä voi olla erityisiä nimiä riippuen niiden vaikutuksesta kohteeseen. Voimaa, joka saa kohteen kiihtymään, kutsutaan työntövoimaksi, kun taas voimaa, joka saa kohteen hidastumaan, on vetoa. Voimaa, joka muuttaa akselinsa ympäri pyörivän esineen pyörimissuuntaa, kutsutaan vääntömomentiksi.
- 20 gramman massalla, jonka kiihtyvyys on 5 cm sekunnissa neliössä, on voima 20 kertaa 5 tai 100 grammaa senttimetriä neliössä. (Yhtä grammaa senttimetriä neliössä kutsutaan dyneksi.)
