Donné:

Mon texte sur la thermodynamique se lit comme suit:

En unités SI, l'unité de force est le newton ( ), et elle est définie comme la force requise pour accélérer une masse de à un taux de . Dans le système anglais, l'unité de force est la livre-force ( ) et est définie comme la force requise pour accélérer une masse de (1 slug) à un taux de . C'est...1 ⋅ k g 1 ⋅ $N$$1\cdot kg$ lbf32.174⋅lbm1⋅f$1\cdot\frac{m}{s^2}$$lbf$$32.174\cdot lbm$$1\cdot\frac{ft}{s^2}$

Question:

À toutes fins pratiques, comme dans des conditions STP ou à proximité, comme lorsque nous avons une accélération au niveau de la mer arrondie en raison de la gravité de , puis-je simplement pensez au de la manière suivante ... (101⋅kPa)lb$32.2\frac{ft}{s^2}$ $(101\cdot kPa)$$lbf$

et que pour le poids d'un objet ayant une masse de (également au niveau de la mer) en unités SI comme ...$1\cdot kg$

Oui ou non et pourquoi?

n'est pas l'unité de base. Le Slug est l'unité de base.$Lb_m$

$32.2\ lb_m = 1\ slug$

Pour convertir en l b f :$1\ lb_m$$lb_f$

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

Par conséquent, donnera 1 l b f sur Terre à STP.$1\ lb_m$$1\ lb_f$

Cette vidéo fait un excellent travail pour l'expliquer.

Le manuel est incomplet. La loi de Newton s'écrit généralement . L'unité de mesure de masse est la k g et celle de la force est la N . L'un des avantages du SI est qu'il clarifie la distinction entre la masse et la force (en particulier le poids). Dans l'ancien système impérial britannique, il existe plusieurs options:$F=ma$$kg$$N$

• on peut mesurer la masse en livres_masse ; l'unité de force correspondante est le poundal p d l rarement utilisé .$lbm$$pdl$
• on peut mesurer la force en livres_force ; l'unité de masse correspondante est le s l u g .$lbf$$slug$

Cependant, vous verrez souvent et l b f dans le même document. C'est parfaitement acceptable: c'est équivalent à normaliser la loi de Newton avec l'accélération gravitationnelle pour donner F = m a / g . C'est l'omission de le dire qui mène à la confusion.$lbm$$lbf$$F=ma/g$

La masse de 1 livre est cette masse qui pèse une livre dans 1 g de gravité. Pour la plupart des cas pratiques, une masse livre et un poids livre définissent la même quantité de choses à la surface de la terre.

Pour définir une masse livre, nous réarrangons la loi de Newton de F = mA à

m = F / A

puis branchez les détails pour obtenir la masse livre:

Masse de 1 livre = (force de 1 livre) / (32,174 pi / s²)

Il semble y avoir une certaine confusion ici. Dans le système anglais (ou américain), la mesure de masse "officielle" est la limace. Il s'avère que 32,2 lbm = 1 limace. Donc, pour vous connecter à l'équation F = MA, vous pouvez utiliser M en slugs, A en ft / sec et F en lbf. Et, comme quelqu'un l'a dit, à une gravité "standard", 1 lbm exerce 1 lbf sur son support (son poids). Si vous allez faire des calculs importants, il est préférable, à mon avis, de se débarrasser de toutes les désignations lbm et de tout convertir en limaces.

lbf a deux définitions et un ami appelé Poundal

(1) Système EE

Connaissez les unités de base du système d'unités dans lequel vous travaillez pour que TOUTE solution finale soit appliquée de manière appropriée. Les deux formes sont correctes!

(3) Système AE

Essentiellement, (1), (2) et (3) divisent tous par 32,174049, cependant, c'est quand et comment cela fait toute la différence.

Connaissez les unités de base de votre système, lbf sera toujours un problème d'ambiguïté tant qu'il existe sous sa forme symbolique actuelle. Je suggérerais d'adopter sdl pour (2) lbf avec l'unité slug , l'ambiguïté de la livre est une punition inhabituelle lb, lbs, lbm, lbf, lbf ...

J'ai écrit cet article en réponse à une déclaration du professeur Dynamics selon laquelle "il n'y a pas de différence entre un lbm et un lbf". Les discussions des étudiants qui ont suivi ont révélé une énorme erreur de concept qui semble provenir de la mauvaise utilisation de la déclaration ci-dessus. Il a un certain soulagement comique, donc il le rend plus supportable;) Profitez-en!

La relation lbm-lbf: pourquoi c'est important

par Kevin McConnell

Y a-t-il vraiment une différence entre une masse livre et une force livre? Beaucoup de gens pourraient même demander: «Qu'est-ce que l'enfer est une masse livre?» Eh bien, vous pouvez pointer du doigt votre professeur de physique de sixième année (ou toute autre personne qui peut vous avoir induit en erreur) pour la confusion qui entoure cette simple question. Mais ne vous inquiétez pas, il n'est jamais trop tard pour apprendre quelque chose de nouveau (et quelque chose d'indéniablement important).

Voici quelque chose à réfléchir: disons que vous montez sur une échelle et qu'il indique «150». La lecture de l'échelle peut même vous fournir des unités de «lb». Eh bien, une échelle mesure la quantité de force qu'un objet exerce nous pouvons donc supposer que les unités sont alors lbf (livre-force). Et votre professeur de physique vous a dit qu'il n'y a pas de différence entre une masse livre et une force livre, ce qui signifie que votre corps est également composé de 150 livres de masse, non? Ce que votre professeur de physique ne vous a PAS dit, ce sont les hypothèses cachées qui doivent être vraies pour que cette relation existe. Il y a quelque chose de si fondamentalement faux dans la déclaration, "la masse et la force sont la même chose!"

Tout d'abord, la masse-livres est une unité de masse et la force-livres est une unité de force (attendez… QUOI?!). La deuxième loi du mouvement de Newton nous dit que la force nette est assimilée par le produit de la masse et de l'accélération. Ainsi, nous pouvons voir qu'il existe une relation entre la masse et la force, mais nous ne dirons JAMAIS, "la masse et la force sont la même chose!"

Disons que j'ai pris la même échelle d'en haut lors d'un voyage à mars; que lire l'échelle là-bas? Seriez-vous surpris si la balance indique «57 lb»? Ou si j'apportais la balance à Jupiter et qu'il me disait que je pesais «380 lb?» La balance est-elle correcte? Absolument! Comme nous l'avons appris précédemment, l'échelle mesure la quantité de force que vous exercez en raison de la gravité (accélération). Et nous savons que la gravité sur ces planètes diffère en raison d'une différence de taille et de masse.

CONCEPT CLÉ Notez que votre masse ne change PAS d'une planète à l'autre; seule la quantité de force exercée par votre masse.

Alors pourquoi continuons-nous d'entendre qu'il n'y a pas de différence entre la masse et la force de livres? Parce que les unités anglaises ont été créées de telle sorte que 1 lbm exerce 1 lbf ici sur Terre! Et sans plus tarder, voici la relation qui le rend possible:

1 lbf = 32,174 lbm ft / s ^ 2

Donc, la déclaration que les gens essaient de dire devrait ressembler à quelque chose comme "sur terre, la masse de livres soumise à la gravité EST la force de livres!". lbm objet ici sur terre:

Force = masse x accélération

laissez l'accélération = g = 32,174 ft / s ^ 2 (c'est la constante gravitationnelle de la Terre)

F = mxg = 1 lbm x (32,174 pi / s ^ 2) = 32,174 (lbm pi) / s ^ 2

Mais nous ne pouvons pas vraiment conceptualiser les unités lbm-ft / s2, nous utilisons donc la relation ci-dessus pour la convertir en livre-force (lbf):

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

Nous venons de prouver que 1 lbm exerce 1 lbf ici sur Terre! Si c'est nouveau pour vous, vous devriez boire une bière ce soir pour célébrer une percée dans votre compréhension! Allons plus loin pour démontrer pourquoi l'échelle se lirait différemment sur Mars et Jupiter

'NOTHER KEY CONCEPT La relation (éq. 1) ci-dessus ne change pas si vous êtes sur une planète différente simplement parce que la gravité change; cela n'aurait pas de sens et vous verrez pourquoi

Force = masse x accélération

soit accélération = g = 12,176 ft / s ^ 2 (c'est la constante gravitationnelle sur Mars)

laissez la masse = m = 150 lbm

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

Encore une fois, permet de convertir cette quantité de lbm-ft / s2 en quelque chose que nous connaissons (lbf) en utilisant la relation illustrée ci-dessus:

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

Même si j'imagine que vous avez maintenant une bonne compréhension de ce concept, essayons-le sur Jupiter pour vraiment le renvoyer à la maison:

Force = masse x accélération

soit accélération = g = 81,336 ft / s ^ 2 (c'est la constante gravitationnelle sur Jupiter)

laissez la masse = 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

Vous l'avez maintenant vu et vous pouvez dire que vous le comprenez! Alors, mettons en évidence les points cruciaux de tout ce que nous venons de parcourir:

• livres-masse (lbm) et livres-force (lbf) ne sont PAS les mêmes

• la masse d'un objet est constante d'un endroit à l'autre (c'est-à-dire de la Terre à Mars) mais la force qu'il exerce est différente

• La relation suivante est essentielle pour comprendre le lien entre lbm et lbf:

1 lbf = 32,174 lbm ft / s ^ 2

Armez-vous de ces connaissances afin de pouvoir combattre le bon combat: la prochaine fois que vous entendrez quelqu'un dire que la masse et la force de la livre sont la même chose, vous pouvez dire en toute confiance "COMME ENFER ILS SONT!"

Absolument, oui, vous le pouvez. En fait, la masse d'une limace est dérivée de l'accélération due à la gravité .

Je vais essayer de le rendre aussi simple que possible et je vais vous donner un exemple:

-Tout d'abord ignorer le mot slug ... Je sais que c'est l'unité standard pour la masse, tout comme le lbm. vous verrez lbm utilisé dans votre texte et dans la vie réelle 99% du temps. Une fois que vous avez bien compris ce concept, vous pouvez vous familiariser avec l'utilisation des limaces.

-Pensez à Newton comme la force requise pour déplacer une masse de 1 kg par 1 m / s ^ 2

-Pensez à la livre-force (lbf) comme la force requise pour déplacer une masse de 1 lb par 32,2 pieds / s ^ s

En regardant les deux derniers points ci-dessus, il est évident que le newton est très différent du lbf

• A la surface de la terre, 1kg exerce une force de 9.81N ... ou 9.81kgm / s ^ 2

• A la surface de la terre, 1lbm exerce une force de 1lbf ... ou 32,2lbft / s ^ 2

Est-ce logique? ... essayons un exemple.

QUESTION : Un astronaute a une masse de 100 kg (220 lb) quel est son poids (force) s'il est sur terre? Et s'il se trouvait sur une planète avec une gravité de 5 m / s ^ 2 (16,4 pieds / s ^ 2)?

RÉPONSE :

Terre :

Unités SI -> 100 kg * 9,81 m / s ^ 2 = 981 kg / s ^ 2 = 981 N

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

Planète aléatoire :

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

unités impériales -> 220lbs * 16.4ft / s ^ 2 = 3608 lbmft / s ^ 2 = 3608 / 32.2 = 112lbf

lbm et lbf ne sont pas les mêmes - ils n'ont que la même valeur dans une situation, lorsqu'il s'agit de la gravité au niveau de la mer ... examinez une situation sans gravité, la force produite par un jet d'eau.

• densité de l'eau: 62,4 lbm / pi ³
• surface de la buse: 0,06 pi ²
• vitesse: 10 ft / s
• débit volumique = surface * vel = 0,6 pi ³ / s
• F = eau * débit volumique * vel = 374,4 lbm ft / s ²

convertir en lbf

F = 374,4 lbm ft / s ² divisé par 32,2 lbm-ft / lbf-s ² = 11,63 lbf

il est contre-intuitif de penser que la quantité de lbm est supérieure à la quantité de lbf, vous vous attendez à ce qu'elles soient identiques car elles sont souvent échangées, la livre peut être utilisée pour la masse ou la force - qu'elle doit être divisée par 32,2 lbm- ft / lbf-s ² pas seulement 32,2 et pas la gravité. Dans le système SI

• densité de l'eau 1000 kg / m ³
• surface de la buse 0,005574 m ²
• vitesse 3,048 m / s
• débit volumique = surface * vitesse = 0,01699 m ³ / s
• F = eau * débit volumique * vitesse = 51,78 kg m / s ² qui est un newton donc 51,78 N
• 1 lbf = 32,2 pi / s ² lbm
• 1 lbm = .03106 s ² / ft lbf - juste bizarre - dans la mesure où vous devez ajouter des unités à la conversion

ce qui conduit à la question - quels sont les livres ??? sinon lbf et lbm n'est rien de plus qu'une manipulation mathématique qui crée beaucoup de confusion, mais le système SI a un problème similaire. Lorsque vous pesez parfois, vous mesurez une force, mais en SI, nous enregistrons cette force en termes de masse (kg). Pourquoi nous ne pouvons pas créer un système qui a du sens me dépasse. La confusion vient du système anglais, il ne faut pas se demander quel est votre poids, mais quelle est votre masse. Au lieu de peser 170 lb, je répondrais en disant que j'ai une masse de 5 474 lbm ft / s ²(170 * 32.2) - il est temps de suivre un régime, je pense. Bien sûr, c'est ridicule. La confusion vient d'une sur-généralisation, soit 12 pouces dans un pied, donc 32,2 lbm dans un lbf en faux. lbm (masse) doit être accéléré avant d'appliquer la constante gravitationnelle (gc). Si je veux trouver ma masse, je prendrais mon poids 170 lbs pour diviser la traction gravitationnelle locale, disons 30ft / s2 = 5.667 lbf / (ft / s2) et ensuite la multiplier par le gc (constante gravitationnelle) 32.2 lbm- ft / (lbf-s2) pour obtenir 182,5 lbm

Personnellement, je pense que le gars qui a trouvé la masse de la livre (lbm) était dyslexique. Je pense qu'il voulait vraiment faire était de le dire;

1 lbm * 32,2 ft / s2 = 32,2 lbf qui aurait été parfait, un lbf = lbm ft / s2, mais pour une raison idiote, il a décidé que

1 lbm * 32,2 ft / s2 devrait = 1 lbf au niveau de la mer sur terre, donc pour faire fonctionner les unités, vous devez soit diviser le côté gauche ou multiplier le côté droit par gc, soit 32,2 lbm-ft / lbf-s2. Cela signifie que lbm n'est pas vraiment une unité de masse, mais une unité de constante gravitationnelle de masse (ce qui est ridicule), donc lorsque vous multipliez lbm par une accélération, vous devez diviser la constante gravitationnelle avant d'obtenir une force. Autre que par erreur, pourquoi quelqu'un proposerait-il une telle unité ???? et pourquoi précisons-nous en gardant une telle unité ???

combien il serait plus facile que l'eau ait une densité de 2 lbm / pi3, de sorte que 2 lbm / pi3 * 32,2 pi / s2 = 64,4 lbf / pi2 au lieu de

62,4 lbm / pi3 * 32,2 pi / s2 / (32,2 lbm-pi / lb-s2) = 62,4 lbf / pi2

la logique me manque ... s'il vous plait, quelqu'un m'éclairer ......

Voici comment j'aime y penser. lbf est la force agissant sur la masse. C'est ce que mesure, par exemple, votre pèse-personne. lbm est la masse réelle de l'objet. Ainsi, le F = m * a en unités anglaises, lbf = lbm * a (alias la gravité 32,2 ft / s2).

C'est du moins ainsi que je l'ai toujours considéré.