Прежде чем отвечать на вопрос о количестве килограммов в одном ньютоне, необходимо разобраться с предложенными понятиями с точки зрения общепринятой системы СИ, учитывая, что ньютон является не столько базовой единицей системы СИ, сколько единицей метрической.
Содержание:
Порядок решения задачи
При решении физических задач значения физических величин измерения массы, представленные в единицах, отличных от единиц массы, необходимо перевести в единицы СИ, т. е. в килограммы.
Перевод осуществляем следующим образом:
- 1 Н = 1 кг x 1 м/с2.
Если рассматривать поставленный вопрос буквально, то ответ будет следующим:
- 1 кг/1 Н = 1 кг/(1 кг x 1 м/с2) = 1/(1 м/с2) = 1 с2/м.
Получаем обратную единицу измерения ускорения. В этом нет здравого смысла.
Алгоритм решения вопроса с учетом законов физики
Если рассуждать здраво, то нужно исходить из позиции, что в системе СИ ньютон — единица силы, которую вы получаете при помещении тела в гравитационное поле. Фактически этот показатель используется для обозначения любых сил — гравитационных, электромагнитных, силы трения и других сил с привязкой к массе объекта, на который действуют любые силы. Килограмм же есть единица измерения массы.
Говоря проще, чтобы вытеснить тело весом один килограмм с ускорением один м/с2, нам нужно приложить силу, равную одному ньютону.
Если ограничивать силу только гравитационной силой планетной массы для тела меньшей массы на ее поверхности, можно вывести пропорциональную зависимость между массой и указанной гравитационной силой, приводящей к постоянному ускорению для произвольной массы (пренебрегая другими силами, такими как сопротивление воздуха). Иначе говоря, числовое значение ньютонов в килограмме в любом месте будет равно силе ускорения объекта определенной массы.
Таким образом, в системе СИ значение в 1 Н определяется как сила, необходимая для ускорения массы в один килограмм с ускорением в один метр в секунду за секунду (то есть секунду в квадрате) в направлении действия силы.
Обратите внимание, что сила и ускорение являются векторными величинами, поэтому они имеют направление и величину, тогда как масса — скалярное значение, имеющее только заданную величину.
Сила (F) равна массе (m) раз на ускорение (a): F = m x a .
Такой вывод основан на втором законе ньютоновского движения, ускорение тела, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе этого тела.
Исходя из этого, вопрос о переводе ньютонов в килограммы изначально не имеет никакого смысла. По сути, это равносильно тому, как если бы вы спросили: «Сколько в одном часе метров?» или «Сколько байт в десяти литрах?» Поскольку сравнение различны физических величин, измеряемых в разных единицах, само по себе безосновательно.
Поэтому уместнее было бы рассматривать вопрос о том, как все-таки вычислить, сколько ньютонов в одном килограмме с позиции гравитации в определенном месте на Земле. Иными словами, чтобы найти массу в килограммах, нам нужно знать вес в ньютонах, поскольку масса фактически представляет собой вес тела. Приведя две физические величины с разными значениями к общему знаменателю — в данном случае утверждению о том, что масса равна весу, мы можем смело переводить ньютоны в килограммы и обратно, а также учитывать, насколько сильно гравитационное поле, которое напрямую связано с ускорением.
В частности, мы можем использовать формулу W = m x g (которая, по сути, является особым случаем выражения упомянутого второго закона: F = m x а), где W — вес объекта в ньютонах, m — масса объекта в килограммах, g — гравитационное ускорение объекта в ньютонах на килограмм.
Все по тому же второму закону получаем: F = m x g.
Если предположить, что объект весом 1 кг находится на Земле, поскольку один килограмм веса тяжелее на Земле, чем на Луне или, скажем, на Марсе, то мы учитываем значение g на поверхности Земли, которое составляет g = 9,8 Н/кг. Таким образом, получаем: W = 9,8 * 1 = 9,8 Н, то есть один килограмм составляет 9,8 ньютонов. Таким образом, мы с вами осуществили перевод килограммов в ньютоны:
Тело весом один килограмм имеет (стандартный) вес равный 9,8 Н.
Идем дальше. «Стандартная гравитация» или «стандартное ускорение свободного падения» (g ₀) составляет 9,80665 м/с² или 9,80665 Н/кг — среднее значение гравитации на поверхности планеты Земля.
Несмотря на то, что это значение является общепринятым для преобразования значений между массой и силой тяжести, это теоретическое значение, поскольку справедливо оно только для некоторых мест на Земле вблизи уровня моря.
Фактическая же сила тяжести на Земле изменяется на 0,7%. Но это частности. Хотя, как известно, из-за того, что не учитываются исключения и частности, могут возникать неточности при проведении измерений.
Формула для перевода величин
Отвечая на вопрос о переводе ньютонов в килограммы при стандартной гравитации (и это важно), получаем следующее значение:
- 1 Н ÷ g ₀ ≃ 0,101972 кг.
Округлив полученное значение, можно записать следующее:
- 1 Н = 0,101 кг.
