فهرست مطالب
تبدیل واحد نیرو با این ابزار، میان هشت یکا انجام میشود: نیوتن، کیلونیوتن، داین، کیلوگرمنیرو، تن‌نیرو، پوندنیرو، اونس‌نیرو و پاوندال. عدد را بنویسید و یکای مبدأ و مقصد را انتخاب کنید؛ پیش‌فرض، نیوتن به کیلوگرمنیرو است و یک نیوتن حدود ۰٫۱۰۲ کیلوگرمنیرو نشان داده میشود. در کادر مقصد هم میشود عدد نوشت تا تبدیل برعکس انجام شود. جدول‌های بازشوی پایین صفحه، معادل نیروی شما را در همهٔ یکاها و جدول معادل‌های پرکاربرد را نشان می‌دهند. کیلوگرمنیرو و تن‌نیرو با شتاب گرانش استاندارد، دقیقا ۹٫۸۰۶۶۵ متر بر مجذور ثانیه، تعریف شده‌اند.
راهنمای استفاده از تبدیل نیرو
- مقدار و واحد مبدأ را وارد کنید.
- واحد مقصد را انتخاب کنید.
- معادل در همهٔ واحدها را ببینید.
تبدیل واحد نیرو؛ نیوتن چیست؟
نیرو، عاملی است که حرکت جسم را تغییر می‌دهد؛ آن را به حرکت درمی‌آورد، متوقف می‌کند یا جهتش را عوض می‌کند. یکای نیرو در دستگاه بین‌المللی، نیوتن است. طبق قانون دوم نیوتن، نیرو برابر جرم ضرب در شتاب است؛ پس یک نیوتن، نیرویی است که به جسمی یک کیلوگرمی، شتاب یک متر بر مجذور ثانیه می‌دهد. برای حس بهتر، یک نیوتن تقریبا وزن یک سیب کوچک صدگرمی روی زمین است.
نیوتن برای نیروهای بزرگ، کوچک است؛ برای همین، کیلونیوتن، یعنی هزار نیوتن، در مهندسی سازه و مکانیک رایج است. در دستگاه قدیمی سانتی‌متر-گرم-ثانیه، یکای نیرو داین بود که صد هزار برابر کوچک‌تر از نیوتن است و هنوز در متن‌های قدیمی فیزیک دیده میشود.
کیلوگرم یا کیلوگرمنیرو؟
بزرگ‌ترین منبع سردرگمی در یکاهای نیرو، کیلوگرم است. در گفتار روزمره، کیلو را هم برای جرم و هم برای وزن به کار می‌بریم. اما در فیزیک، کیلوگرم یکای جرم، یعنی مقدار ماده، است و وزن، نیرویی است که گرانش بر این جرم وارد می‌کند. یکای نیرویی که برای وزن به کار میرود، کیلوگرمنیرو است: وزن جسمی یک کیلوگرمی در گرانش استاندارد، یعنی دقیقا ۹٫۸۰۶۶۵ نیوتن.
وقتی روی ترازو می‌ایستید، ترازو در واقع نیروی وزن شما را می‌سنجد و آن را با فرض گرانش زمین، به کیلوگرم نشان می‌دهد. روی زمین، این دو عدد یکی‌اند و تفاوتشان در زندگی روزمره مهم نیست. اما در فیزیک، مهندسی و هر جایی که گرانش متفاوت است، باید آن‌ها را از هم جدا کرد. برای تبدیل یکاهای جرم، تبدیل وزن را ببینید.
وزن در زمین و ماه
جرم یک جسم، همه جا یکی است؛ اما وزنش به گرانش محل بستگی دارد. شتاب گرانش ماه، حدود ۱٫۶۲ متر بر مجذور ثانیه، یعنی حدود یکششم زمین است. کسی با جرم ۷۰ کیلوگرم، روی زمین حدود ۶۸۶ نیوتن و روی ماه حدود ۱۱۳ نیوتن وزن دارد. ترازوی زمینی روی ماه، او را حدود ۱۱٫۶ کیلو نشان می‌دهد، در حالی که جرمش تغییری نکرده است. فضانوردان روی ماه، با همین وزن کم، می‌توانستند با لباس سنگین فضایی، به راحتی بپرند.
حتی روی زمین هم، گرانش همه جا دقیقا یکسان نیست. در استوا کمی کمتر و در قطب‌ها کمی بیشتر است؛ تفاوتی حدود نیم درصد. ترازوهای دقیق آزمایشگاهی، این تفاوت را جبران می‌کنند. کیلوگرمنیرو برای پرهیز از این ابهام، با گرانش استاندارد تعریف شده است.
ظرفیت قلاب، قفسه و جرثقیل
ظرفیت بار تجهیزات، معمولا به کیلوگرم یا تن اعلام میشود، اما در واقع منظور کیلوگرمنیرو یا تن‌نیرو است؛ یعنی نیرویی که تجهیزات تحمل می‌کند. قلابی با ظرفیت ۵۰ کیلوگرم، نیرویی حدود ۴۹۰ نیوتن را تحمل می‌کند. جرثقیلی با ظرفیت ۵ تن، حدود ۴۹ کیلونیوتن. در مشخصات فنی دقیق، این ظرفیت‌ها به کیلونیوتن هم آمده‌اند. اگر بار با شتاب بالا یا ضربه وارد شود، نیروی واقعی بیشتر از وزن ساکن آن است؛ برای همین، ضریب اطمینان در طراحی تجهیزات بالابر بسیار مهم است.
| ظرفیت | نیوتن | کیلونیوتن |
|---|---|---|
| ۱۰ کیلوگرمنیرو | حدود ۹۸ | حدود ۰٫۰۹۸ |
| ۵۰ کیلوگرمنیرو | حدود ۴۹۰ | حدود ۰٫۴۹ |
| ۱۰۰ کیلوگرمنیرو | حدود ۹۸۱ | حدود ۰٫۹۸ |
| ۱ تن‌نیرو | حدود ۹۸۰۷ | حدود ۹٫۸۱ |
| ۵ تن‌نیرو | حدود ۴۹٬۰۳۳ | حدود ۴۹٫۰ |
پوندنیرو و یکاهای انگلیسی
در مهندسی آمریکایی، نیرو اغلب به پوندنیرو بیان میشود؛ وزن یک پوند جرم در گرانش استاندارد، حدود ۴٫۴۴۸ نیوتن. نماد آن lbf است، که از پوند جرم با نماد lb جدا میشود؛ هرچند در عمل، بسیاری از منبع‌ها هر دو را lb می‌نویسند. اونس‌نیرو، یک‌شانزدهم پوندنیرو است. پاوندال هم یکای نیرو در دستگاه انگلیسی است که از نیوتن الگو گرفته: نیرویی که به جرم یک پوندی، شتاب یک فوت بر مجذور ثانیه می‌دهد؛ حدود ۰٫۱۳۸ نیوتن. پاوندال امروز به ندرت به کار میرود.
پیشران موتورها
نیروی پیشران موتورهای جت و موشک، به کیلونیوتن یا پوندنیرو اعلام میشود. موتورهای هواپیماهای مسافربری بزرگ، پیشرانی صدها کیلونیوتن دارند. پیشران موشک‌ها، میلیون‌ها نیوتن است. برای اینکه موشکی از زمین بلند شود، پیشرانش باید از وزن آن بیشتر باشد. مقایسهٔ پیشران موتورها از منبع‌های مختلف، با تبدیل همه به کیلونیوتن ساده میشود.
نیرو در درس فیزیک
در مسئله‌های فیزیک، نیرو تقریبا همیشه به نیوتن خواسته میشود و جرم باید به کیلوگرم باشد. اگر جرم به گرم داده شده، اول آن را بر هزار تقسیم کنید. نیروی وزن، جرم ضرب در شتاب گرانش است؛ در بیشتر کتاب‌های درسی، شتاب گرانش ۹٫۸ یا ۱۰ گرفته میشود. جسمی ۲ کیلوگرمی، با گرانش ۹٫۸، حدود ۱۹٫۶ نیوتن وزن دارد. اگر مسئله نیرو را به کیلوگرمنیرو داده، پیش از به کار بردن در فرمول‌ها، آن را به نیوتن تبدیل کنید.
نیرو و فشار
فشار، نیرو تقسیم بر مساحت است. نیروی یکسان بر سطح کوچک‌تر، فشار بیشتری می‌سازد. پاسکال، یکای فشار، یک نیوتن بر متر مربع است. کیلوگرمنیرو بر سانتی‌متر مربع هم، یکای قدیمی فشار است که از همین رابطه آمده. برای تبدیل یکاهای فشار، تبدیل فشار را ببینید.
نیرو و گشتاور
گشتاور، اثر چرخانندهٔ یک نیرو است و برابر نیرو ضرب در فاصله از محور. اگر با آچاری به طول ۳۰ سانتی‌متر، نیروی ۱۰۰ نیوتنی وارد کنید، گشتاور ۳۰ نیوتن‌متر است. یکاهای گشتاور، مثل نیوتن‌متر و کیلوگرمنیرو-متر، از ترکیب یکاهای نیرو و طول ساخته می‌شوند. برای آن‌ها، تبدیل گشتاور را ببینید.
نیرو در ورزش
در ورزش، نیروها به شکل‌های مختلفی سنجیده می‌شوند. قدرت پنجهٔ دست، با دستگاه‌هایی سنجیده میشود که اغلب کیلوگرم نشان می‌دهند، اما در واقع کیلوگرمنیرو می‌سنجند. نیروی ضربهٔ بوکسورها و نیروی پرش ورزشکاران، در پژوهش‌ها به نیوتن گزارش میشود و گاهی چند برابر وزن بدن است. در بدنسازی، وزنه‌ها جرم دارند، اما نیرویی که عضله برای بلند کردنشان لازم دارد، با سرعت و شتاب حرکت تغییر می‌کند.
نیرو در سازه‌ها و ساختمان
مهندسان سازه، بارهای وارد بر ساختمان را به کیلونیوتن یا کیلوگرمنیرو حساب می‌کنند. بار مرده، وزن خود ساختمان و اجزای ثابت آن است و بار زنده، وزن افراد، مبلمان و هر چیزی که جابه‌جا میشود. بارهای سطحی، مثل بار زندهٔ کف، معمولا به کیلونیوتن بر متر مربع یا کیلوگرمنیرو بر متر مربع بیان می‌شوند؛ که در واقع یکای فشار است. برای تبدیل، یکای نیرو را با این ابزار و یکای مساحت را با ابزار مساحت تبدیل کنید. مقدار بارهای طراحی را آیین‌نامه‌های ساختمانی تعیین می‌کنند و برای هر کاربری متفاوت است.
در محاسبه‌های سازه، کیلوگرمنیرو هنوز در برخی نقشه‌ها و محاسبه‌های قدیمی‌تر ایرانی دیده میشود و کیلونیوتن در محاسبه‌های جدیدتر. هر تن‌نیرو حدود ۹٫۸ کیلونیوتن است؛ برای حساب سریع، بسیاری از مهندسان آن را ۱۰ کیلونیوتن می‌گیرند که دو درصد محافظه‌کارانه است.
فنر و نیروسنج
نیروسنج‌های فنری، که در آزمایشگاه مدرسه دیده می‌شوند، نیرو را با کشیدگی فنر می‌سنجند و معمولا به نیوتن مدرج شده‌اند. ترازوهای فنری آویزان، مثل ترازوی چمدان، هم همین اصل را دارند اما به کیلوگرم مدرج‌اند. طبق قانون هوک، کشیدگی فنر با نیرو متناسب است، تا وقتی فنر از حد کشسانی‌اش فراتر نرود. ثابت فنر، یعنی نیرو تقسیم بر کشیدگی، به نیوتن بر متر بیان میشود. اگر فنری با ۲۰ نیوتن، ۴ سانتی‌متر کشیده شود، ثابت آن ۵۰۰ نیوتن بر متر است.
نیروی ترمز و ایمنی خودرو
نیروی لازم برای متوقف کردن خودرو، با جرم و شتاب ترمز حساب میشود. خودرویی یک‌ونیم‌تنی که با شتاب ۸ متر بر مجذور ثانیه ترمز می‌کند، نیرویی حدود ۱۲ کیلونیوتن لازم دارد. در تصادف، شتاب‌ها بسیار بیشتر و نیروها بسیار بزرگ‌ترند؛ کمربند ایمنی و کیسهٔ هوا، با طولانی‌تر کردن زمان توقف بدن، شتاب و در نتیجه نیروی وارد بر بدن را کم می‌کنند. همین اصل، دلیل اهمیت فاصلهٔ ایمن و سرعت مجاز است.
نیرو در طناب و کابل
طناب‌ها، کابل‌ها و تسمه‌های بار، ظرفیتشان را به کیلوگرم، تن یا کیلونیوتن اعلام می‌کنند. ظرفیت اسمی، معمولا بار کاری مجاز است که با ضریب اطمینان از نیروی پارگی کمتر است. برای بالا بردن بار، هرگز به نیروی پارگی تکیه نکنید و همیشه بار کاری مجاز را مبنا بگیرید. زاویهٔ طناب هم مهم است: اگر باری با دو طناب مورب بلند شود، نیروی هر طناب از نصف وزن بیشتر است و با بازتر شدن زاویه، به سرعت زیاد میشود.
یکاهای نیرو در دستگاه‌های مختلف
سه دستگاه یکا، سه یکای نیرو ساخته‌اند. در دستگاه بین‌المللی، نیوتن با کیلوگرم و متر و ثانیه. در دستگاه سانتی‌متر-گرم-ثانیه، داین با گرم و سانتی‌متر و ثانیه. و در دستگاه‌های گرانشی، کیلوگرمنیرو و پوندنیرو، که از وزن یک جرم معین تعریف شده‌اند. یکاهای گرانشی شهودی‌اند، چون با تجربهٔ روزمرهٔ وزن جور درمی‌آیند؛ اما در محاسبه‌های دقیق، نیوتن ارجح است، چون به گرانش محل وابسته نیست.
ترفندهای حساب ذهنی
برای تبدیل‌های سریع: کیلوگرمنیرو به نیوتن، ضرب در ۱۰ و کم کردن دو درصد. نیوتن به کیلوگرمنیرو، تقسیم بر ۱۰ و افزودن دو درصد. پوندنیرو به نیوتن، ضرب در ۴٫۵. تن‌نیرو به کیلونیوتن، ضرب در ۱۰ و کم کردن دو درصد. برای کارهای دقیق، عدد ابزار را به کار ببرید.
نیروی اصطکاک و هل دادن
وقتی جسمی را روی زمین هل می‌دهید، باید بر نیروی اصطکاک غلبه کنید که با وزن جسم و جنس دو سطح بستگی دارد. نیروی اصطکاک، ضریب اصطکاک ضرب در نیروی عمودی است. برای جعبه‌ای ۵۰ کیلوگرمی روی کف چوبی با ضریب اصطکاک حدود ۰٫۴، نیروی لازم برای شروع حرکت حدود ۲۰ کیلوگرمنیرو، یعنی حدود ۱۹۶ نیوتن است. چرخ، این نیرو را بسیار کم می‌کند؛ برای همین، جابه‌جا کردن بار سنگین با چرخ‌دستی، بسیار آسان‌تر از کشیدن آن است. ضریب‌های اصطکاک در کتاب‌های مرجع آمده‌اند و بسته به شرایط سطح، تغییر می‌کنند.
نیروی باد
باد هم بر سطح‌ها نیرو وارد می‌کند. نیروی باد بر یک تابلو یا دیوار، با مساحت سطح و مجذور سرعت باد رشد می‌کند. دو برابر شدن سرعت باد، نیرو را حدود چهار برابر می‌کند. برای همین، تابلوهای بزرگ تبلیغاتی و سازه‌های سبک، در بادهای شدید آسیب می‌بینند. طراحان سازه، بار باد را بر اساس سرعت باد طراحی منطقه حساب می‌کنند. برای تبدیل سرعت باد، تبدیل سرعت را ببینید.
نیرو در بدن انسان
بدن انسان دائما با نیروها سر و کار دارد. هنگام راه رفتن، نیرویی که پا به زمین وارد می‌کند، کمی بیشتر از وزن بدن است و هنگام دویدن، به دو تا سه برابر وزن بدن می‌رسد. هنگام پریدن از ارتفاع، اگر زانوها را خم نکنید، نیروی برخورد بسیار بزرگ میشود. کفش‌های ورزشی با بالشتک، زمان برخورد را طولانی‌تر و نیرو را کمتر می‌کنند. بلند کردن بار با کمر خم، نیروی بسیار بزرگی بر مهره‌های کمر وارد می‌کند؛ برای همین توصیه میشود بار را با خم کردن زانو و صاف نگه داشتن کمر بلند کنید.
نمونهٔ کامل؛ آویزان کردن یک قفسه
فرض کنید می‌خواهید قفسه‌ای را به دیوار نصب کنید که روی آن کتاب‌هایی با وزن کل ۴۰ کیلوگرم قرار می‌گیرد. پیچ و رولپلاک‌ها، ظرفیتشان را گاهی به کیلوگرم و گاهی به نیوتن یا کیلونیوتن اعلام می‌کنند. ۴۰ کیلوگرمنیرو، حدود ۳۹۲ نیوتن است. اگر قفسه با چهار پیچ نصب شود، هر پیچ به طور میانگین حدود ۹۸ نیوتن تحمل می‌کند؛ اما چون قفسه از دیوار فاصله دارد، پیچ‌های بالایی نیروی کششی بیشتری می‌گیرند. برای اطمینان، پیچ و رولپلاکی با ظرفیت چند برابر این عدد، متناسب با جنس دیوار، انتخاب کنید. ظرفیت اعلام‌شده برای هر نوع دیوار، مثل بتن و آجر و گچ‌برگ، متفاوت است.
کپی نتیجه
جملهٔ نتیجهٔ ابزار، مثل ۱ نیوتن برابر حدود ۰٫۱۰۲ کیلوگرمنیرو، با دکمهٔ کپی آمادهٔ چسباندن در گزارش یا تکلیف است. در نوشتن مشخصات فنی، یکای نیرو را دقیق بنویسید و برای کیلوگرمنیرو، نماد kgf را به کار ببرید تا با کیلوگرم جرم اشتباه نشود.
اشتباه‌های رایج
اشتباه اول، یکی گرفتن کیلوگرم جرم و کیلوگرمنیرو در محاسبه‌های فیزیک. اشتباه دوم، فراموش کردن ضرب در شتاب گرانش هنگام تبدیل وزن به نیوتن. اشتباه سوم، یکی گرفتن پوند جرم و پوندنیرو. اشتباه چهارم، در نظر نگرفتن ضربه و شتاب در ظرفیت تجهیزات بالابر. اشتباه پنجم، استفاده از ۱۰ به جای ۹٫۸۰۶۶۵ در محاسبه‌های دقیق؛ برای حساب ذهنی کافی است، اما حدود دو درصد خطا دارد.
ابزارهای مرتبط
برای شتاب و g، تبدیل شتاب و برای جرم، تبدیل وزن را ببینید. برای نیرو در کنار کمیت‌های دیگر، تبدیل واحد و فهرست کامل ابزارهای تبدیل واحد را ببینید.
آخرین بازبینی محتوا: · تیم تحریریه ابزار جیبی