Am scris această lucrare ca răspuns la o declarație făcută de Dynamics Professor că „nu există nicio diferență între lbm și lbf”. Discuțiile din partea studenților care au urmat au expus o imensă eroare de concept care pare să provină din utilizarea abuzivă a afirmației de mai sus. Are o ușurare comică, așa că o face mai suportabilă;) Bucură-te!

Relația lbm-lbf: De ce contează

de Kevin McConnell

Există într-adevăr o diferență între o masă de kilogram și o forță de kilogram? Mulți oameni ar putea chiar să întrebe: „Ce naiba este o masă de lire sterline?” Ei bine, poți să arăți cu degetul spre profesorul tău de fizică din clasa a șasea (sau oricine altcineva care te-ar fi putut induce în eroare) pentru confuzia care înconjoară această întrebare simplă. Dar nu vă faceți griji, nu este niciodată prea târziu să învățați ceva nou (și ceva incontestabil important).

Iată ceva de remarcat: să spunem că pășești pe o scală și scrie „150”. Citirea scalei vă poate oferi chiar și unități de „lbs”. Ei bine, o scală măsoară cantitatea de forță pe care o exercită un obiect, astfel încât să putem presupune că unitățile sunt atunci lbf (lira-forță). Iar profesorul tău de fizică ți-a spus că nu există nicio diferență între o masă de kilograme și o forță de kilograme, deci asta trebuie să însemne că și corpul tău este compus din 150 de kilograme de masă, nu? Ceea ce NU ȚI-A spus profesorul tău de fizică sunt presupunerile ascunse care trebuie să fie adevărate pentru ca relația respectivă să existe. Există ceva atât de fundamental în neregulă cu afirmația: „lire-masă și lire-forță sunt același lucru!”

În primul rând, lire-masă este o unitate de masă, iar lire-forță este o unitate de forță (așteptați … CE ?!). A doua lege a mișcării lui Newton ne spune că forța netă este echivalată cu produsul masei și al accelerației. Deci, putem vedea că există o relație între masă și forță, dar nu am spune NICIODATĂ „masa și forța sunt același lucru!”

Să spunem că am luat aceeași scară de sus într-o călătorie către Marte; ce ar citi scara acolo? Ați fi surprins dacă citirea scării este „57 lbs?” Sau dacă am adus cântarul la Jupiter și mi-ar spune că am cântărit „380 lbs?” Scara este corectă? Absolut! După cum am aflat anterior, scara măsoară cantitatea de forță pe care o exercitați din cauza gravitației (accelerației). Și știm că gravitația pe aceste planete diferă din cauza unei diferențe în mărimea și masa lor.

CONCEPTUL CHEIE Rețineți că masa voastră NU se schimbă de la planetă la planetă; numai cantitatea de forță exercitată de masa dvs.

Deci, de ce auzim în continuare că nu există nicio diferență între lire-masă și lire forță? Deoarece unitățile engleze au fost create astfel încât 1 lbm să exercite 1 lbf aici pe Pământ! Și fără alte întrebări, iată relația care o face să se întâmple:

1 lbf = 32.174 lbm ft / s ^ 2

Deci, afirmația pe care oamenii încearcă să o spună ar trebui să sune ceva mai de genul „pe pământ, masa de kilograme supusă gravitației ESTE kilograme-forță!”Pentru a ilustra în continuare acest punct, să folosim a doua lege newtons pentru a calcula forța exercitată de un obiect de 1 lbm aici pe pământ:

Forță = masă x accelerație

permite accelerare = g = 32.174 ft / s ^ 2 (aceasta este constanta gravitațională a Pământului)

F = mxg = 1 lbm x (32.174 ft / s ^ 2) = 32.174 (lbm ft) / s ^ 2

Dar nu putem conceptualiza cu adevărat unitățile lbm-ft / s2, așa că folosim relația de sus pentru a o converti în lire-forță (lbf):

F = 32,174 lbm-ft / s ^ 2 x (1 lbf / 32.174 lbm ft / s ^ 2) = 1 lbf

Tocmai am demonstrat că 1 lbm exercită 1 lbf aici pe Pământ! Dacă acest lucru este nou pentru dvs., ar trebui să bea o bere în seara asta pentru a sărbători o descoperire în înțelegerea ta! Să mergem cu un pas mai departe pentru a demonstra de ce scara ar citi diferit pe Marte și Jupiter

NICIUN CONCEPT CHEIE Relația (ec. 1) de sus NU se schimbă dacă vă aflați pe altă planetă doar pentru că gravitația se schimbă; acest lucru nu ar avea sens și veți vedea de ce

Forța = masa x accelerare

permite accelerarea = g = 12.176 ft / s ^ 2 (aceasta este constanta gravitațională pe Marte)

permite masa = m = 150 lbm

F = mxg = 150 lbm x 12,176 ft / s ^ 2 = 1826,4 (lbm ft) / s ^ 2

Încă o dată, permite conversia acestei cantități de la lbm-ft / s2, la ceva ce știm (lbf) utilizând relația ilustrată mai sus:

F = (1826,4 lbm ft / s ^ 2) x (1 lbf / 32,174 lbm ft / s ^ 2) = 56,8 lbf

Chiar dacă Îmi imaginez că acum aveți o înțelegere fermă asupra acestui concept, haideți să-l încercăm pe Jupiter pentru a-i trimite cu adevărat punctul acasă:

Forță = accelerație masă x

permite accelerare = g = 81,336 ft / s ^ 2 (aceasta este constanta gravitațională de pe Jupiter)

permite masa = m = 150 lbm

F = mxg = 150 lbm) x 81,336 ft / s ^ 2 x (1 lbf / 32.174 lbm ft / s ^ 2) = 379,2 lbf

Acum l-ați văzut și puteți spune că îl înțelegeți! Deci, să subliniem punctele cruciale pentru tot ceea ce tocmai am trecut:

• lire-masă (lbm) și lire-forță (lbf) NU sunt aceleași

• masa unui obiect este constantă dintr-un loc în altul (adică de pe Pământ pe Marte), dar forța pe care o exercită este diferită

• Următoarea relație este cheia pentru a înțelege legătura dintre lbm și lbf:

1 lbf = 32.174 lbm ft / s ^ 2

Înarmează-te cu aceste cunoștințe astfel încât poți lupta împotriva luptei bune: data viitoare când auzi pe cineva spunând că masa lirei și forța lirei sunt același lucru, poți spune cu încredere „LIKE HELL They ARE!”

$ Lb_m $ nu este unitatea de bază. Slug este unitatea de bază.

$ 32.2 \ lb_m = 1 \ slug $

Pentru a converti $ 1 \ lb_m $ în $ lb_f $:

$ 1 \ lb_m * \ frac {1 \ slug} {32.2 \ lb_m} * 32.2 \ frac {ft} {s ^ 2} = 1 \ lb_f $

Prin urmare, $ 1 \ lb_m $ va produce 1 $ \ lb_f $ pe Pământ la STP.

Acest videoclip face o treabă excelentă de a-l explica.

Comentarii

• Acest răspuns este incorect. Slugul nu este nu unitatea de bază de masă din sistemul obișnuit din SUA. Lira (masa) este. Slugul este o invenție destul de târzie a oamenilor de știință și a inginerilor americani care au văzut avantajul lui $ F = ma $ (spre deosebire de $ F = kma $, care este forma Newton ‘ A doua lege când forța este în kilograme, masa este în kilograme și accelerația este în picioare pe secundă pătrat). Lira a existat de mult, mult timp. Slugul nu are încă un secol.

Manualul este incomplet. Legea lui Newton este de obicei scrisă $ F = ma $. Unitatea de masă SI este $ kg $ și cea a forței este $ N $. Unul dintre avantajele SI este că clarifică distincția dintre masă și forță (în special greutate). În vechiul sistem imperial britanic există mai multe opțiuni:

• putem măsura masa în lire_mass $ lbm $; unitatea de forță corespunzătoare este rareori- poundal folosit $ pdl $.
• putem măsura forța în lire_forța $ lbf $; unitatea de masă corespunzătoare este $ slug $.

Cu toate acestea, veți de multe ori vezi $ lbm $ și $ lbf $ în același document. Acest lucru este perfect acceptabil: este „echivalent cu normalizarea legii lui Newton cu accelerația gravitațională pentru a da $ F = ma / g $. Eșecul de a afirma acest lucru duce la confuzie.

Masa de 1 lire este acea masă care cântărește unul lire în greutate de 1 g. Pentru cele mai multe cazuri practice, o masă de kilogram și o greutate de kilogram definesc aceeași cantitate de lucruri de pe suprafața pământului.

Pentru a defini o masă de kilogram, rearanjăm legea lui Newton a F = mA la

m = F / A

apoi conectați detaliile pentru a obține masa lirei:

1 lira masă = (1 lira forță) / (32.174 ft / s ²)

Comentarii

• deci dacă aș avea o masă care cântărește 2 lbf pe pământ la nivelul mării și aveam nevoie de masa aș putea să o calculez cu: m = 2 lbf / 32,2 =.062 lbm

Se pare că există o anumită confuzie aici. În sistemul englez (sau american), măsura „oficială” a masei este slugul. Se pare că 32,2 lbm = 1 limac. Deci, pentru a vă conecta la ecuația F = MA, puteți utiliza M în melci, A în ft / sec și F în lbf. Și, așa cum a spus cineva, la greutatea „standard” 1 lbm exercită 1 lbf pe suportul său (greutatea sa). Dacă aveți de gând să faceți calcule semnificative, este cel mai bine, după părerea mea, să scăpați de toate denumirile lbm și să convertiți totul în slugs.

lbf are două definiții și un prieten numit Poundal

(1) Sistem EE

Forța necesară pentru a accelera 1 lbm 32.174049 ft / s ^ 2 (adică accelerația datorată gravitației) Cu toate acestea, problema cu aceasta este că TREBUIE să păstreze 32.174049 în unitățile sale! Ceea ce nu este ideal, ia în considerare F = ma, ceea ce înseamnă că ma va trebui întotdeauna împărțit la 32.174049 făcând această ecuație F = (ma ) / 32.174049, totuși, această abordare are o comoditate suplimentară, masa dvs. este egală cu forța pe care o exercitați pe suprafața Pământului (adică, magnitudinea lbm și lbf sunt egale și interschimbabile IFF având în vedere forța pe Pământ datorită accelerației cauzate de gravitație la 32.174049ft / s ^ 2) $$ lbf: = \ frac {lbm * 32.174049ft} {s ^ 2} $$ (2) BG System

În acest caz, se află în unități de melci. Forța necesară pentru a accelera 1 slug 1 ft / s ^ 2, unde 1 slug este convenabil definit ca 32,174048 lbm (adică aceeași valoare ca accelerația datorată gravitației) această abordare are, de asemenea, același confort adăugat ca (1), este egală cu forța pe care o exercitați pe suprafața Pământului (adică, magnitudinea lbm și lbf sunt egale și interschimbabile IFF având în vedere forța pe Pământ datorită accelerației cauzate de gravitație la 32.174049ft / s ^ 2)) $$ lbf = \ frac {1slug} {32.174049lbm} \ frac {1lbm * 32.174049ft} {s ^ 2} $$ $$: = \ frac {slug * ft} {s ^ 2} $$

Cunoașteți unitățile de bază ale sistemului de unități în care lucrați pentru ca Oricare soluție finală să fie aplicată în mod corespunzător. Ambele forme sunt corecte!

(3) Sistem AE

Poundal, forța necesară pentru a accelera 1 lbm 1 ft / s ^ 2. Similar în abordarea cu (2), cu excepția faptului că este înmulțit cu un factor de normalizare în loc de o conversie a unității, păstrând, prin urmare, lbm ft / s ^ 2 unități: $$ pdl = \ frac {1} {32.174049} \ frac {lbm * 32.174049 ft} {s ^ 2} $$ $$: = \ frac {lbm * ft} {s ^ 2} $$

În esență, (1), (2) și (3) se împart până la 32.174049, totuși, este momentul și modul în care asta face diferența.

Cunoașteți unitățile de bază ale sistemului dvs., lbf va fi întotdeauna o problemă de ambiguitate, atâta timp cât există în forma sa simbolică actuală. Aș sugera adoptarea sdl pentru (2) lbf cu unitate slug , ambiguitatea lirei este o pedeapsă neobișnuită lb, lbs, lbm, lbf, lbf …

Absolut, da poți. În de fapt, masa unei melci este derivată din accelerația datorată gravitației .

Voi încerca să îl fac cât mai simplu posibil și voi oferi un exemplu:

-În primul rând ignorați cuvântul slug … Știu că este unitatea standard pentru masă și așa este și lbm. veți vedea lbm folosit în text și în viața reală 99% din timp. Odată ce ați înțeles bine acest concept, puteți continua să vă familiarizați cu utilizarea limacilor.

– Gândiți-vă la newton ca la forța necesară pentru a mișca o masă de 1 kg cu 1m / s ^ 2

-Gândiți-vă la forța lirei (lbf) ca la forța necesară pentru a muta o masă de 1 lbm cu 32,2 ft / s ^ s

Privind ultimele două puncte de mai sus, este evident că n ewton este foarte diferit de lbf

• Pe suprafața pământului, 1 kg exercită o forță de 9.81N … sau 9.81kgm / s ^ 2

• Pe suprafața pământului, 1 lbm exercită o forță de 1 lbf … sau 32,2 lbft / s ^ 2

Are sens? … să încercăm un exemplu.

ÎNTREBARE : Un astronaut are o masă de 100 kg (220 lbs) ce este greutatea (forța) lui dacă este pe pământ? dacă ar fi pe o planetă cu greutatea de 5m / s ^ 2 (16,4ft / s ^ 2)?

RĂSPUNS :

Earth :

Unități SI -> 100kg * 9.81m / s ^ 2 = 981kgm / s ^ 2 = 981N

Unități imperiale -> 220lbs * 32,2ft / s ^ 2 = 7084 lbmft / s ^ 2 = 220lbf

Planetă aleatorie :

Unități SI -> 100kg * 5m / s ^ 2 = 500kgft / s ^ 2 = 500N

unități imperiale -> 220lbs * 16,4ft / s ^ 2 = 3608 lbmft / s ^ 2 = 3608/32.2 = 112lbf

lbm și lbf nu sunt la fel – au doar aceeași valoare într-o situație, atunci când vă ocupați de gravitație la nivelul mării … examinați o situație fără gravitație, forța produsă de un jet de apă.

• densitatea apei: 62,4 lbm / ft ³
• aria duzei: 0,06 ft ²
• viteza: 10 ft / s
• debitul volumului = aria * vel = 0,6 ft ³ / s
• F = dwater * debit volumic * vel = 374,4 lbm ft / s ²

pentru a converti la lbf

F = 374,4 lbm ft / s ² împarte la 32,2 lbm-ft / lbf-s ² = 11,63 lbf

este contra-intuitiv să ne gândim la cantitatea de lbm ca fiind mai mare decât cantitatea de lbf, vă așteptați ca acestea să fie aceleași, deoarece sunt adesea schimbate, lira poate fi utilizată pentru masă sau forță – că trebuie să fie împărțit la 32,2 lbm-ft / lbf-s ² nu doar la 32,2 și nu la gravitație. În sistemul SI

• densitatea apei 1000 kg / m ³
• aria duzei 0,005574 m ²
• viteza 3,048 m / s
• debit volumic = suprafață * viteză = 0,01699 m ³ / s
• F = volum de apă * debit * viteză = 51,78 kg m / s ² , care este un newton deci 51,78 N
• 1 lbf = 32,2 ft / s ² lbm
• 1 lbm = .03106 s ² / ft lbf – bizar – în sensul că trebuie să adăugați unități la conversie

care conduce la întrebarea – ce sunt lbs ??? dacă nu lbf și lbm nu este altceva decât o manipulare matematică care creează multă confuzie, dar sistemul SI are o problemă similară. Când cântăriți cândva, măsurați o forță, totuși în SI înregistrăm această forță în termeni de masă (kg). De ce nu putem crea un sistem care are sens este dincolo de mine. Confuzia vine din sistemul englez, nu ar trebui să ne întrebăm care este greutatea ta, ci care este masa ta. În loc să cântăresc 170   lb, aș răspunde spunând că am o masă de 5.474 lbm ft / s ² (170 * 32.2) – timpul până la dieta cred. Desigur, acest lucru este ridicol. Confuzia provine dintr-o suprageneralizare, adică 12 inci într-un picior, prin urmare 32,2 lbm în lbf, nu este adevărat. lbm (masa) trebuie accelerată înainte de a putea fi aplicată constanta gravitațională (gc). Dacă vreau să-mi găsesc masa, aș lua greutatea mea de 170 lbs împărțind atracția gravitațională locală, să spunem 30ft / s2 = 5.667 lbf / (ft / s2) și apoi să o înmulțim cu gc (constanta gravitațională) ft / (lbf-s2) pentru a obține 182,5 lbm

Personal, cred că tipul care a venit cu masa lirei (lbm) a fost dislexic. Ceea ce cred că a vrut cu adevărat să facă a fost să afirme că;

1 lbm * 32,2 ft / s2 = 32,2 lbf care ar fi fost perfect, un lbf = lbm ft / s2, dar un motiv idiot a decis că

1 lbm * 32.2 ft / s2 ar trebui să = 1 lbf la nivelul mării pe pământ, deci pentru a face ca unitățile să funcționeze trebuie să împărțiți partea stângă sau să înmulțiți partea dreaptă cu gc, adică 32.2 lbm-ft / lbf-s2. Aceasta înseamnă că lbm nu este de fapt o unitate de masă, ci o unitate constantă gravitațională de masă (ceea ce este ridicol), astfel încât atunci când înmulțiți lbm cu o accelerație, trebuie să împărțiți constanta gravitațională înainte de a putea obține o forță. În afară de greșeală de ce ar veni cineva cu o astfel de unitate ???? și de ce precizăm să păstrăm o astfel de unitate ???

cât de ușor ar fi ca apa să aibă o densitate de 2 lbm / ft3, astfel încât 2 lbm / ft3 * 32,2 ft / s2 = 64,4 lbf / ft2 în loc de

62,4 lbm / ft3 * 32,2 ft / s2 / (32,2 lbm-ft / lbs-s2) = 62,4 lbf / ft2

logica nu reușește .. . vă rog, cineva mă luminează ……

Comentarii

• Ce a adăugat acest răspuns care nu este în răspunsurile existente?
• răspunsul încearcă să sublinieze o concepție greșită ușoară că celelalte răspunsuri ar putea determina pe cineva să facă, adică că lbs = 32,2 lbm nu. masa trebuie să se înmulțească cu o accelerație înainte de a fi împărțită la ” constanta gravitațională ” pentru a o converti în lbf sau lbf trebuie divizat cu o accelerație înainte de a fi înmulțită cu ” constanta gravitațională ” pentru a o converti în lbm – cred că aceste puncte lipseau în alte postări.

Iată cum îmi place să mă gândesc la asta. lbf este forța care acționează de masă. Acesta este, de exemplu, măsurarea cântarului dvs. de baie. lbm este masa reală a obiectului. Deci F = m * a în unități englezești, lbf = lbm * a (aka gravitație 32,2 ft / s2) .

„Cel puțin așa am privit-o mereu.