Dado:

Mi texto de termodinámica dice lo siguiente:

En unidades SI, la unidad de fuerza es el newton ( ), y se define como la fuerza requerida para acelerar una masa de a una velocidad de . En el sistema inglés, la unidad de fuerza es la libra-fuerza ( ) y se define como la fuerza requerida para acelerar una masa de (1 slug) a una velocidad de . Es decir...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}$

Pregunta:

Para todos los fines prácticos, como en condiciones STP o cerca de él, como cuando tenemos una aceleración redondeada al nivel del mar debido a la gravedad de , ¿puedo simplemente piense en el de la siguiente manera ... (101⋅kPa)lb$32.2\frac{ft}{s^2}$ $(101\cdot kPa)$$lbf$

y que para el peso de un objeto que tiene una masa de (también a nivel del mar) en unidades SI como ...$1\cdot kg$

Si o no y porque?

$Lb_m$ no es la unidad base. La babosa es la unidad base.

$32.2\ lb_m = 1\ slug$

Para convertir a :$1\ lb_m$$lb_f$

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

Por lo tanto, producirá en la Tierra en STP. 1 l b $1\ lb_m$$1\ lb_f$

Este video hace un excelente trabajo al explicarlo.

El libro de texto está incompleto. La Ley de Newton generalmente se escribe . La unidad del SI de masa es el y el de la fuerza es la . Una de las ventajas de SI es que aclara la distinción entre masa y fuerza (especialmente peso). En el antiguo sistema imperial británico hay varias opciones:$F=ma$$kg$$N$

• podemos medir la masa en lbs_mass ; la unidad de fuerza correspondiente es la poundal raramente utilizada .$lbm$$pdl$
• podemos medir la fuerza en lbs_force ; la unidad de masa correspondiente es la .$lbf$$slug$

Sin embargo, a menudo verá y en el mismo documento. Esto es perfectamente aceptable: es equivalente a normalizar la Ley de Newton con la aceleración gravitacional para dar . Es el hecho de no afirmar esto lo que lleva a la confusión.$lbm$$lbf$$F=ma/g$

1 libra de masa es esa masa que pesa una libra en 1 g de gravedad. Para la mayoría de los casos prácticos, una masa en libras y un peso en libras definen la misma cantidad de cosas en la superficie de la tierra.

Para definir una masa en libras, reorganizamos la ley de Newton de F = mA a

m = F / A

luego conecte los detalles para obtener la masa en libras:

1 libra de masa = (1 libra de fuerza) / (32.174 pies / s²)

Parece que hay algo de confusión aquí. En el sistema inglés (o estadounidense), la medida de masa "oficial" es la babosa. Resulta que 32.2 lbm = 1 babosa. Entonces, para conectarse a la ecuación F = MA, puede usar M en babosas, A en pies / segundo y F en lbf. Y, como alguien dijo, con una gravedad "estándar" 1 lbm ejerce 1 lbf sobre su soporte (su peso). Si va a hacer cálculos significativos, es mejor, en mi opinión, deshacerse de todas las designaciones de lbm y convertir todo en babosas.

lbf tiene dos definiciones y un amigo llamado Poundal

(1) Sistema EE

La fuerza requerida para acelerar 1 lbm 32.174049 pies / s ^ 2 (es decir, aceleración debido a la gravedad) Sin embargo, el problema con esto es que DEBE retener 32.174049 en sus unidades. Lo que no es ideal, considere F = ma, lo que significa que ma siempre tendrá que dividirse por 32.174049 haciendo esta ecuación F = (ma) /32.174049 sin embargo, este enfoque tiene 1 conveniencia adicional, su masa es igual a la fuerza que ejerce sobre la superficie de la Tierra (es decir, la magnitud de lbm y lbf son IFF iguales e intercambiables considerando su fuerza en la Tierra debido a la aceleración causada por la gravedad a 32.174049ft / s ^ 2) (2) Sistema BG

En este caso, está en unidades de babosas. La fuerza requerida para acelerar 1 slug 1 ft / s ^ 2, donde 1 slug se define convenientemente como 32.174048 lbm (es decir, el mismo valor que la aceleración debido a la gravedad), este enfoque también tiene la misma conveniencia adicional que (1), su masa es igual a la fuerza que ejerce sobre la superficie de la Tierra (es decir, la magnitud de lbm y lbf son IFF iguales e intercambiables considerando su fuerza en la Tierra debido a la aceleración causada por la gravedad a 32.174049ft / s ^ 2)) :=slug∗f

Conozca las unidades base del sistema de unidades en el que está trabajando para que CUALQUIER solución final se aplique adecuadamente. Ambas formas son correctas!

(3) Sistema AE

Poundal, la fuerza requerida para acelerar 1 lbm 1 ft / s ^ 2. Similar en el enfoque de (2), excepto que se multiplica por un factor de normalización en lugar de una conversión de unidades, por lo tanto, retiene lbm ft / s ^ 2 unidades: :=lbm∗f

Esencialmente, (1), (2) y (3) se dividen por 32.174049, sin embargo, es cuándo y cómo eso marca la diferencia.

Conozca las unidades base de su sistema, lbf siempre será un problema de ambigüedad siempre que exista en su forma simbólica actual. Sugeriría adoptar sdl para (2) lbf con babosas de unidad , la ambigüedad de la libra es un castigo inusual lb, lbs, lbm, lbf, lbf ...

Escribí este artículo en respuesta a una declaración hecha por el profesor de dinámica que "no hay diferencia entre un lbm y lbf". Las discusiones de los estudiantes que siguieron expusieron un gran error conceptual que parece derivarse del mal uso de la declaración anterior. Tiene cierto alivio cómico, por lo que lo hace más llevadero;) ¡Disfruta!

La relación lbm-lbf: por qué importa

por Kevin McConnell

¿Existe realmente una diferencia entre una libra-masa y una libra-fuerza? Muchas personas incluso podrían preguntar: "¿Qué demonios es una libra-masa?" Pero no se preocupe, nunca es demasiado tarde para aprender algo nuevo (y algo innegablemente importante).

Aquí hay algo para reflexionar: digamos que pisa una báscula y dice "150". La lectura de la báscula puede incluso proporcionarle unidades de "libras". Bueno, una báscula mide la cantidad de fuerza que ejerce un objeto entonces podemos suponer que las unidades son entonces lbf (libra-fuerza). Y tu profesor de física te dijo que no hay diferencia entre una libra de masa y una libra de fuerza, por lo que eso debe significar que tu cuerpo también está compuesto de 150 libras de masa, ¿verdad? Lo que su profesor de física NO le dijo son las suposiciones ocultas que deben ser ciertas para que esa relación exista. Hay algo tan fundamentalmente incorrecto con la afirmación, "¡libras-masa y libras-fuerza son lo mismo!"

Primero, libras-masa es una unidad de masa, y libras-fuerza es una unidad de fuerza (espera ... ¡¿QUÉ ?!). La segunda ley de movimiento de Newton nos dice que la fuerza neta se equipara con el producto de la masa y la aceleración. Entonces, podemos ver que existe una relación entre masa y fuerza, pero NUNCA diríamos, "¡masa y fuerza son lo mismo!"

Digamos que tomé la misma escala desde arriba en un viaje a Marte; ¿Qué leería la escala allí? ¿Se sorprendería si la lectura de la báscula fuera "57 lb"? ¿O si traje la báscula a Júpiter y me dice que pesaba "380 lb"? ¿Es correcta la báscula? ¡Absolutamente! Como aprendimos anteriormente, la escala mide la cantidad de fuerza que ejerce debido a la gravedad (aceleración). Y sabemos que la gravedad en estos planetas difiere debido a una diferencia en su tamaño y masa.

CONCEPTO CLAVE Tenga en cuenta que su masa NO cambia de planeta a planeta; solo la cantidad de fuerza ejercida por tu masa.

Entonces, ¿por qué seguimos escuchando que no hay diferencia entre libras-masa y libras de fuerza? ¡Porque las unidades inglesas se crearon de modo que 1 lbm ejerce 1 lbf aquí en la Tierra! Y sin más preámbulos, aquí está la relación que lo hace posible:

1 lbf = 32.174 lbm ft / s ^ 2

Por lo tanto, la afirmación de que la gente está tratando de decir debería sonar más como "en la tierra, la masa en libras sujeta a la gravedad es la fuerza en libras". Para ilustrar más este punto, usemos la segunda ley de Newton para calcular la fuerza ejercida por un 1 lbm objeto aquí en la tierra:

Fuerza = masa x aceleración

deje que la aceleración = g = 32.174 pies / s ^ 2 (esta es la constante gravitacional de la Tierra)

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

Pero en realidad no podemos conceptualizar las unidades lbm-ft / s2, por lo que usamos la relación de arriba para convertirla en libras-fuerza (lbf):

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

¡Acabamos de demostrar que 1 lbm ejerce 1 lbf aquí en la Tierra! Si esto es nuevo para ti, ¡debes beber una cerveza esta noche para celebrar un avance en tu comprensión! Vayamos un paso más allá para demostrar por qué la escala se leería de manera diferente en Marte y Júpiter

'NINGÚN CONCEPTO CLAVE La relación (ec. 1) desde arriba NO cambia si estás en un planeta diferente solo porque la gravedad cambia; esto no tendría sentido y verás por qué

Fuerza = masa x aceleración

dejar aceleración = g = 12.176 pies / s ^ 2 (esta es la constante gravitacional en Marte)

dejar masa = m = 150 lbm

F = mxg = 150 lbm x 12.176 pies / s ^ 2 = 1826.4 (lbm pies) / s ^ 2

Una vez más, convierta esta cantidad de lbm-ft / s2 a algo que conocemos (lbf) utilizando la relación ilustrada anteriormente:

F = (1826.4 lbm ft / s ^ 2) x (1 lbf / 32.174 lbm ft / s ^ 2) = 56.8 lbf

Aunque imagino que ahora tienes una comprensión firme de este concepto, probémoslo en Júpiter para realmente enviar el punto a casa:

Fuerza = masa x aceleración

dejar aceleración = g = 81.336 pies / s ^ 2 (esta es la constante gravitacional en Júpiter)

dejar masa = m = 150 lbm

F = mxg = 150 lbm) x 81.336 pies / s ^ 2 x (1 lbf / 32.174 lbm pies / s ^ 2) = 379.2 lbf

¡Ahora lo has visto y puedes decir que lo entiendes! Entonces, destaquemos los puntos cruciales de todo lo que acabamos de analizar:

• libras-masa (lbm) y libras-fuerza (lbf) NO son lo mismo

• la masa de un objeto es constante de un lugar a otro (es decir, de la Tierra a Marte) pero la fuerza que ejerce ES diferente

• La siguiente relación es clave para comprender el vínculo entre lbm y lbf:

1 lbf = 32.174 lbm ft / s ^ 2

Ármate con este conocimiento para poder pelear la buena batalla: la próxima vez que escuches a alguien decir que la masa de la libra y la fuerza de la libra son la misma cosa, puedes decir con confianza "¡CÓMO SON EL INFIERNO!"

Por supuesto que sí. De hecho, la masa de una babosa se deriva de la aceleración debida a la gravedad .

Intentaré hacerlo lo más simple posible y daré un ejemplo:

-En primer lugar, ignore la palabra babosa ... Sé que es la unidad estándar para masa y también lo es lbm. verá que lbm se usa en su texto y en la vida real el 99% del tiempo. Una vez que comprenda bien este concepto, puede familiarizarse con el uso de babosas.

-Piense en newton como la fuerza requerida para mover una masa de 1 kg por 1 m / s ^ 2

-Piense en la fuerza de la libra (lbf) como la fuerza requerida para mover una masa de 1lbm en 32.2ft / s ^ s

Mirando los últimos dos puntos anteriores, es obvio que el newton es muy diferente que el lbf

• En la superficie de la tierra, 1 kg ejerce una fuerza de 9.81 N ... o 9.81 kgm / s ^ 2

• En la superficie de la tierra, 1lbm ejerce una fuerza de 1lbf ... o 32.2lbft / s ^ 2

¿Tiene sentido? ... probemos un ejemplo.

PREGUNTA : Un astronauta tiene una masa de 100 kg (220 lb) ¿Cuál es su peso (fuerza) si está en la tierra? ¿Qué pasaría si estuviera en un planeta con una gravedad de 5 m / s ^ 2 (16.4 pies / s ^ 2)?

RESPUESTA :

Tierra :

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

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

Planeta al azar :

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

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

lbm y lbf no son lo mismo: solo tienen el mismo valor en una situación, cuando se trata de la gravedad al nivel del mar ... examine una situación sin gravedad, la fuerza producida por un chorro de agua.

• densidad del agua: 62.4 lbm / ft ³
• área de la boquilla: 0.06 pies ²
• velocidad: 10 pies / s
• flujo volumétrico = área * vel = 0.6 pies ³ / s
• F = dwater * caudal volumétrico * vel = 374.4 lbm ft / s ²

para convertir a lbf

F = 374.4 lbm ft / s ² dividido por 32.2 lbm-ft / lbf-s ² = 11.63 lbf

es contradictorio pensar que la cantidad de lbm es mayor que la cantidad de lbf, se espera que sean iguales ya que a menudo se intercambian, la libra se puede usar para masa o fuerza, que se debe dividir por 32.2 lbm- ft / lbf-s ² no solo 32.2 y no gravedad. En el sistema SI

• densidad de agua 1000 kg / m ³
• área de la boquilla 0.005574 m ²
• velocidad 3.048 m / s
• caudal volumétrico = área * velocidad = .01699 m ³ / s
• F = dwater * caudal volumétrico * velocidad = 51.78 kg m / s ^2, que es un newton, entonces 51.78 N
• 1 lbf = 32.2 pies / s ² lbm
• 1 lbm = .03106 s ² / ft lbf, simplemente extraño, ya que debe agregar unidades a la conversión

lo que lleva a la pregunta: ¿qué son libras? si no lbf y lbm no son más que una manipulación matemática que crea mucha confusión, pero el sistema SI tiene un problema similar. Cuando pesas en algún momento estás midiendo una fuerza, pero en SI registramos esta fuerza en términos de masa (kg). Por qué no podemos crear un sistema que tenga sentido está más allá de mí. La confusión proviene del sistema inglés, no debemos preguntar cuál es su peso, sino cuál es su masa. En lugar de pesar 170 lbs, respondería diciendo que tengo una masa de 5,474 lbm ft / s ²(170 * 32.2) - creo que es hora de hacer dieta. Por supuesto que esto es ridículo. La confusión proviene de una sobregeneralización, es decir, 12 pulgadas en un pie, por lo tanto, 32.2 lbm en un lbf no es cierto. lbm (masa) debe acelerarse antes de que se pueda aplicar la constante gravitacional (gc). Si quiero encontrar mi masa, tomaría mi peso 170 libras dividir el tirón gravitacional local, digamos 30 pies / s2 = 5.667 lbf / (ft / s2) y luego multiplicarlo por el gc (constante gravitacional) 32.2 lbm- ft / (lbf-s2) para obtener 182.5 lbm

Personalmente, creo que el tipo al que se le ocurrió la masa de la libra (lbm) era disléxico. Lo que creo que realmente quería hacer era decir eso;

1 lbm * 32.2 ft / s2 = 32.2 lbf que hubiera sido perfecto, un lbf = lbm ft / s2, pero alguna razón idiota decidió que

1 lbm * 32.2 ft / s2 debería = 1 lbf al nivel del mar en la tierra, por lo que para que las unidades funcionen debe dividir el lado izquierdo o multiplicar el lado derecho por gc, es decir, 32.2 lbm-ft / lbf-s2. Esto significa que lbm no es realmente una unidad de masa, sino una unidad constante gravitacional de masa (lo cual es ridículo), por lo que cuando multiplica lbm por una aceleración, debe dividir la constante gravitacional antes de poder obtener una fuerza. Aparte de por error, ¿por qué alguien inventaría tal unidad? ¿Y por qué precisamos para mantener una unidad así?

cuánto más fácil sería que el agua tuviera una densidad de 2 lbm / ft3, de modo que 2 lbm / ft3 * 32.2 ft / s2 = 64.4 lbf / ft2 en lugar de

62.4 lbm / ft3 * 32.2 ft / s2 / (32.2 lbm-ft / lbs-s2) = 62.4 lbf / ft2

la lógica me falla ... por favor, que alguien me ilumine ...

Así es como me gusta pensar en ello. lbf es la fuerza que actúa sobre la masa. Esto es lo que, por ejemplo, está midiendo su báscula de baño. lbm es la masa real del objeto. Entonces F = m * a en unidades inglesas, lbf = lbm * a (también conocido como gravedad 32.2 pies / s2).

Al menos así es como siempre lo he visto.