Dado:

Meu texto termodinâmico tem a seguinte redação:

Nas unidades SI, a unidade de força é o newton ( ) e é definida como a força necessária para acelerar uma massa de 1 ⋅ k g a uma taxa de 1 ⋅ $N$$1\cdot kg$ . No sistema inglês, a unidade de força é a força da libra (lbf) e é definida como a força necessária para acelerar uma massa de32,174⋅lbm(1 lesma) a uma taxa de1⋅f$1\cdot\frac{m}{s^2}$$lbf$$32.174\cdot lbm$ . Isso é...$1\cdot\frac{ft}{s^2}$

Questão:

Para todos os fins práticos, como nas condições de STP ou próximas, como quando temos uma aceleração arredondada do nível do mar devido à gravidade de (101⋅kPa), posso apenas pensar nalbfda seguinte maneira ...$32.2\frac{ft}{s^2}$ $(101\cdot kPa)$$lbf$

e para o peso de um objeto com massa de (também ao nível do mar) em unidades SI como ...$1\cdot kg$

Sim ou não e por quê?

não é a unidade base. O Slug é a unidade base.$Lb_m$

$32.2\ lb_m = 1\ slug$

Para converter para l b $1\ lb_m$$lb_f$ :

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

Portanto, produzirá 1 l b f na Terra em STP.$1\ lb_m$$1\ lb_f$

Este vídeo faz um excelente trabalho de explicá-lo.

O livro está incompleto. A lei de Newton é geralmente escrita . A unidade SI de massa é o k g e que de força é a N . Uma das vantagens do SI é que ele esclarece a distinção entre massa e força (especialmente peso). No antigo sistema imperial britânico, existem várias opções:$F=ma$$kg$$N$

• podemos medir a massa em libras_mass ; a unidade de força correspondente é o raramente usada poundal p d L .$lbm$$pdl$
• podemos medir a força em libras_force ; a unidade de massa correspondente é s l u g .$lbf$$slug$

No entanto, muitas vezes você verá e l b f no mesmo documento. Isso é perfeitamente aceitável: é equivalente a normalizar a Lei de Newton com a aceleração gravitacional para dar F = m a $lbm$$lbf$ . É o fracasso em afirmar isso que leva à confusão.$F=ma/g$

1 libra de massa é aquela que pesa 1 libra em 1 g de gravidade. Na maioria dos casos práticos, uma libra em massa e uma libra em peso definem a mesma quantidade de material na superfície da Terra.

Para definir uma massa em libra, reorganizamos a lei de Newton de F = mA para

m = F / A

em seguida, conecte os dados para obter massa em libra:

1 libra massa = (força de 1 libra) / (32.174 ft / s²)

Parece haver alguma confusão aqui. No sistema inglês (ou americano), a medida "oficial" de massa é a lesma. Acontece que 32,2 lbm = 1 lesma. Portanto, para conectar-se à equação F = MA, você pode usar M em lesmas, A em pés / seg e F em lbf. E, como alguém disse, na gravidade "padrão", 1 lbm exerce 1 lbf em seu suporte (seu peso). Se você deseja fazer cálculos significativos, é melhor, na minha opinião, livrar-se de todas as designações de lbm e converter tudo em lesmas.

O lbf tem duas definições e um amigo chamado Poundal

(1) Sistema EE

A força necessária para acelerar 1 lbm 32.174049 pés / s ^ 2 (ou seja, aceleração devido à gravidade) No entanto, o problema disso é que DEVE reter 32.174049 em suas unidades! O que não é o ideal, considere F = ma, o que significa que ma sempre terá que ser dividido por 32.174049, tornando esta equação F = (ma) /32.174049 no entanto, essa abordagem tem 1 conveniência adicional, sua massa é igual à força em que você exerce a superfície da Terra (ou seja, a magnitude de lbm e lbf é igual e intercambiável IFF, considerando sua força na Terra devido à aceleração causada pela gravidade em 32,174049ft / s ^ 2)

Nesse caso, está em unidades de lesmas. A força necessária para acelerar 1 lesma 1 pé / s ^ 2, em que 1 lesma é convenientemente definida como 32.174048 lbm (ou seja, o mesmo valor da aceleração devido à gravidade), essa abordagem também tem a mesma conveniência adicional de (1), sua massa é igual à força que você exerce na superfície da Terra (ou seja, a magnitude de lbm e lbf é igual e IFF intercambiável, considerando sua força na Terra devido à aceleração causada pela gravidade em 32,174049ft / s ^ 2)

Conheça as unidades base do sistema de unidades em que você está trabalhando para que QUALQUER solução final seja aplicada adequadamente. Ambas as formas estão corretas!

(3) Sistema AE

Poundal, a força necessária para acelerar 1 lbm 1 pé / s ^ 2. Semelhante na abordagem de (2), exceto que ele é multiplicado por um fator de normalização em vez de uma conversão de unidade, mantendo, portanto, lbm ft / s ^ 2 unidades:

Essencialmente, (1), (2) e (3) estão todos divididos por 32.174049, no entanto, é quando e como isso faz toda a diferença.

Conheça as unidades básicas do seu sistema, o lbf sempre será um problema de ambiguidade, desde que exista na sua forma simbólica atual. Eu sugiro a adoção de sdl para (2) lbf com unidade slug , a ambiguidade de libra é uma punição incomum lb, lbs, lbm, lbf, lbf ...

Escrevi este artigo em resposta a uma declaração feita pelo Professor de Dinâmica de que "não há diferença entre lbm e lbf". As discussões dos alunos que se seguiram expuseram um enorme erro de conceito que parece resultar do uso indevido da afirmação acima. Tem algum alívio cômico, por isso o torna mais suportável;) Aproveite!

O relacionamento lbm-lbf: por que importa

por Kevin McConnell

Existe realmente uma diferença entre uma libra-massa e uma libra-força? Muitas pessoas podem até perguntar: “O que diabos é uma libra?” Bem, você pode apontar o dedo para o professor de física da sexta série (ou qualquer outra pessoa que possa ter enganado você) pela confusão que envolve essa pergunta simples. Mas não se preocupe, nunca é tarde para aprender algo novo (e algo inegavelmente importante).

Aqui está algo para refletir: digamos que você pise em uma balança e leia "150". A leitura da balança pode até fornecer unidades de "libras". Bem, uma balança mede a quantidade de força que um objeto exerce então podemos assumir que as unidades são lbf (libra-força). E seu professor de física lhe disse que não há diferença entre uma libra-massa e uma libra-força, então isso deve significar que seu corpo também é composto por 150 libras de massa, certo? O que seu professor de física não lhe disse são as suposições ocultas que devem ser verdadeiras para que esse relacionamento exista. Há algo tão fundamentalmente errado com a afirmação: "libras em massa e libras-força são a mesma coisa!"

Primeiro, libras-massa é uma unidade de massa e libras-força é uma unidade de força (espere ... O QUE ?!). A segunda lei do movimento de Newton nos diz que a força líquida é igualada pelo produto da massa e da aceleração. Portanto, podemos ver que existe uma relação entre massa e força, mas NUNCA diríamos que "massa e força são a mesma coisa!"

Digamos que peguei a mesma escala de cima em uma viagem a Marte; o que a escala leria lá? Você ficaria surpreso se a balança apresentasse "57 libras"? Ou, se eu trouxesse a balança para Júpiter e ela me dissesse que pesava "380 libras?" Absolutamente! Como aprendemos anteriormente, a escala está medindo a quantidade de força que você exerce devido à gravidade (aceleração). E sabemos que a gravidade nesses planetas difere devido a uma diferença em tamanho e massa.

CONCEITO-CHAVE Observe que sua massa NÃO muda de planeta para planeta; apenas a quantidade de força exercida por sua massa.

Então, por que continuamos ouvindo que não há diferença entre libras-massa e libras-força? Porque as unidades inglesas foram criadas de modo que 1 lbm exerce 1 lbf aqui na Terra! E sem mais delongas, aqui está o relacionamento que faz isso acontecer:

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

Portanto, a afirmação que as pessoas estão tentando dizer deve soar algo mais como “na Terra, libras-massa sujeitas à gravidade É libras-força!” Para ilustrar melhor esse ponto, vamos usar a segunda lei de Newton para calcular a força exercida por um objeto lbm aqui na terra:

Força = massa x aceleração

deixe aceleração = g = 32.174 pés / s ^ 2 (esta é a constante gravitacional da Terra)

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

Mas como não podemos realmente conceituar as unidades lbm-ft / s2, usamos a relação acima para convertê-la em libra-força (lbf):

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

Acabamos de provar que 1 lbm exerce 1 lbf aqui na Terra! Se isso é novidade para você, você deve beber uma cerveja hoje à noite para comemorar um avanço em sua compreensão! Vamos dar um passo adiante para demonstrar por que a escala seria diferente em Marte e Júpiter

'OUTRO CONCEITO-CHAVE A relação (eq. 1) acima NÃO muda se você estiver em um planeta diferente, apenas porque a gravidade muda; isso não faria sentido e você verá o porquê

Força = massa x aceleração

deixe aceleração = g = 12.176 ft / s ^ 2 (esta é a constante gravitacional em Marte)

massa = m = 150 lbm

F = mxg = 150 lbm x 12.176 pés / s ^ 2 = 1826,4 (lbm ft) / s ^ 2

Mais uma vez, vamos converter essa quantidade de lbm-ft / s2 para algo que sabemos (lbf) usando o relacionamento ilustrado acima:

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

Mesmo que eu imagine que agora você tenha uma compreensão firme desse conceito, vamos testá-lo em Júpiter para realmente enviá-lo ao ponto:

Força = massa x aceleração

deixe aceleração = g = 81.336 pés / s ^ 2 (esta é a constante gravitacional em Júpiter)

massa = m = 150 lbm

F = mxg = 150 lbm) x 81.336 pés / s ^ 2 x (1 lbf / 32.174 lbm pés / s ^ 2) = 379,2 lbf

Agora você já viu e pode dizer que entende! Então, vamos destacar os pontos cruciais para tudo o que acabamos de analisar:

• libra-massa (lbm) e libra-força (lbf) NÃO são os mesmos

• a massa de um objeto é constante de um lugar para outro (isto é, da Terra a Marte), mas a força que ele exerce é diferente

• O relacionamento a seguir é essencial para entender o link entre lbm e lbf:

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

Arme-se com esse conhecimento para poder combater a boa luta: da próxima vez que ouvir alguém dizer que a libra-massa e a libra-força são a mesma coisa, você pode dizer com confiança "COMO O INFERNO ELES SÃO!"

Absolutamente, sim, você pode. De fato, a massa de uma lesma é derivada da aceleração devido à gravidade .

Vou tentar torná-lo o mais simples possível e fornecerei um exemplo:

-Em primeiro lugar, ignore a palavra lesma ... Eu sei que é a unidade padrão para massa e também é lbm. você verá o lbm usado no seu texto e na vida real 99% do tempo. Depois de entender bem esse conceito, você poderá familiarizar-se com o uso de lesmas.

-Pense em Newton como a força necessária para mover uma massa de 1kg por 1m / s ^ 2

-Pense em libra-força (lbf) como a força necessária para mover uma massa de 1lbm por 32,2 pés / s ^ s

Observando os dois últimos pontos acima, é óbvio que o newton é muito diferente do lbf

• Na superfície da Terra, 1kg exerce uma força de 9,81N ... ou 9,81kgm / s ^ 2

• Na superfície da Terra, 1lbm exerce uma força de 1lbf ... ou 32,2lbft / s ^ 2

Faz sentido? ... vamos tentar um exemplo.

PERGUNTA : Um astronauta tem uma massa de 100 kg (220 libras), qual é o seu peso (força) se ele estiver na Terra? e se ele estivesse em um planeta com a gravidade de 5m / s ^ 2 (16,4 pés / s ^ 2)?

RESPOSTA :

Terra :

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

Unidades imperiais -> 220lbs * 32.2ft / s ^ 2 = 7084 lbmft / s ^ 2 = 220lbf

Planeta aleatório :

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

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

lbm e lbf não são os mesmos - eles têm o mesmo valor em uma situação, ao lidar com a gravidade no nível do mar ... examine uma situação sem gravidade, a força produzida por um jato de água.

• densidade da água: 62,4 lbm / ft ³
• área do bico: 0,06 ft ²
• velocidade: 10 pés / s
• fluxo de volume = área * vel = 0,6 pés ³ / s
• F = água * fluxo de volume * vel = 374,4 lbm ft / s ²

converter para lbf

F = 374,4 lbm ft / s ² divida por 32,2 lbm-ft / lbf-s ² = 11,63 lbf

é apenas contra-intuitivo pensar que a quantidade de lbm é maior que a quantidade lbf, você espera que sejam iguais às vezes que são trocadas, libra pode ser usada para massa ou força - que deve ser dividida por 32,2 lbm- ft / lbf-s ² não apenas 32,2 e não gravidade. No sistema SI

• densidade da água 1000 kg / m ³
• área do bico 0,005574 m ²
• velocidade 3,048 m / s
• fluxo de volume = área * velocidade = 0,01699 m ³ / s
• F = água * fluxo de volume * velocidade = 51,78 kg m / s ² que é um newton, então 51,78 N
• 1 lbf = 32,2 pés / s ² lbm
• 1 lbm = 0,03106 s ² / ft lbf - apenas bizarro - na medida em que você precisa adicionar unidades à conversão

o que leva à pergunta - o que são libras ??? se não lbf e lbm, nada mais é do que uma manipulação matemática que cria muita confusão, mas o sistema SI tem um problema semelhante. Quando você pesa em algum momento, está medindo uma força, mas no SI registramos essa força em termos de massa (kg). Por que não podemos criar um sistema que faça sentido está além de mim. A confusão vem do sistema inglês, não devemos perguntar qual é o seu peso, mas qual é a sua massa. Em vez de pesar 170 libras, eu responderia dizendo que tenho uma massa de 5.474 lbm ft / s ²(170 * 32,2) - hora de fazer dieta, eu acho. Claro que isso é ridículo. A confusão vem de uma generalização excessiva, ou seja, 12 polegadas em um pé, portanto 32,2 lbm em lbf não é verdade. lbm (massa) deve ser acelerado antes que a constante gravitacional (gc) possa ser aplicada. Se eu quiser encontrar minha massa, eu levaria meu peso 170 libras para dividir a força gravitacional local, digamos 30ft / s2 = 5.667 lbf / (ft / s2) e depois multiplicá-la pelo gc (constante gravitacional) 32,2 lbm- ft / (lbf-s2) para obter 182,5 lbm

Pessoalmente, acho que o cara que apresentou a libra (lbm) era disléxico. O que eu acho que ele realmente queria fazer era afirmar isso;

1 lbm * 32,2 ft / s2 = 32,2 lbf que teria sido perfeito, um lbf = lbm ft / s2, mas por alguma razão idiota, ele decidiu que

1 lbm * 32,2 pés / s2 deve = 1 lbf ao nível do mar na Terra, portanto, para que as unidades funcionem, é necessário dividir o lado esquerdo ou multiplicar o lado direito por gc, ou seja, 32,2 lbm-ft / lbf-s2. Isso significa que lbm não é realmente uma unidade de massa, mas uma unidade constante gravitacional de massa (o que é ridículo); portanto, quando você multiplica lbm por uma aceleração, é necessário dividir a constante gravitacional antes de obter uma força. Excepto por engano, por que alguém inventaria essa unidade ???? e por que precisamos manter essa unidade ???

quão mais fácil seria que a água tivesse uma densidade de 2 lbm / ft3, de modo que 2 lbm / ft3 * 32,2 ft / s2 = 64,4 lbf / ft2 em vez de

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

a lógica me falha ... por favor, alguém me esclarece ......

Aqui está como eu gosto de pensar nisso. lbf é a força que atua sobre a massa. É isso que, por exemplo, sua balança de banheiro está medindo. lbm é a massa real do objeto. Portanto, F = m * a em unidades inglesas, lbf = lbm * a (também conhecido como gravidade 32,2 pés / s2).

Pelo menos é assim que eu sempre olhei.