Fizik birim dönüşümü nedir?
Birim, fiziksel bir niceliğin ölçüldüğü bir büyüklüktür ve birim dönüşümü, böyle bir büyüklüğü diğeriyle karşılaştırmanın aritmetiğidir. 1960'tan beri uluslararası standart, yedi temel birim etrafında düzenlenmiş Uluslararası Birimler Sistemi (SI)'dir — metre, kilogram, saniye, amper, kelvin, mol ve kandela — diğer her birim bunlardan çarpma ya da bölmeyle türetilir. Tutarlı bir birim sistemi, niceliklerin çarpımının ya da bölümünün birimlerinin çarpımını ya da bölümünü verdiği anlamına gelir; böylece J = N·m eşitliği sihirli sabitler eklemeden işler. CGS gibi tutarlı olmayan bir sistem bu tür sabitler ekler — tarihsel olarak kullanışlı, pratikte hantal. Panel her şeyi SI çarpanlarında tutar: her birim tek bir sayı olarak saklanır (SI tabanına dönüştürme çarpanı) ve her yanıt birim_SI ÷ birim_çıkış_SI'dır; biçimlendirme görüntüleme katmanı tarafından yapılır.
SI her nicelik için bir temel birim verir, bu panel diğer her birimi bir çarpan olarak verir: 1 km = 10³ m, 1 parsek = 3,0857×1016 m, 1 elektronvolt = 1,602×10−19 J. Dönüşüm çarpanı dönüşümün tüm fiziğidir; geri kalan her şey biçimdir.
Uzunluk — angströmden parseke
Panelin 16 uzunluk girdisi, angströmden (10−10 m, kimyasal bağların ve atomik aralıkların ölçeği) parseke (3,0857×1016 m) kadar yaklaşık 26 büyüklük mertebesini kapsar. Metre çalışma SI birimidir; diğer her şey sabit bir çarpanla yalnızca bir adlandırma kuralıdır. Aynı büyüklük aralığında çalışma birimleri disipline göre değişir: görünür ışığın dalga boyları için nanometre (400-700 nm); hücre biyolojisi için mikrometre; makine mühendisliği için milimetre; günlük nesneler için santimetre; coğrafya için kilometre. İnsandan Dünya'ya ve galaksiye kadar olan ölçek için astronomik birim (1 AU = 1,496×1011 m, Dünya-Güneş mesafesi olarak tam tanımlı) ve ışık yılı (1 ly = 9,461×1015 m, ışığın bir Julyen yılında aldığı mesafe) güneş sistemini en yakın yıldızlara bağlar. Parsek, profesyonel astronomi birimidir ve 1 AU'nun bir yay saniyesi gördüğü mesafe olarak tanımlanır: 1 pc ≈ 3,26 ly ≈ 206.265 AU.
Kütle — yoktogramdan güneş kütlesine
On iki kütle girdisi kuantumdan astronomiye kadar aralığı kapsar: kimya için atomik kütle birimi (1,661×10−27 kg, bir Dalton, bir nükleonun kütlesi), analitik kimya için mikrogram ve miligram, günlük kullanım için kilogram, endüstriyel miktarlar için ton, avoirdupois pound (0,4536 kg, 1959'dan beri tam olarak 453,59237 g olarak tanımlanır) ve yıldızlar için güneş kütlesi (1,989×1030 kg). Karat (tam olarak 200 mg) değerli taşların kütle birimidir; slug (14,594 kg), ekstra çarpan olmadan pound-kuvvet cinsinden F = ma'yı veren İngiliz kütle birimidir — ABD geleneksel birimlerinde çalışmak zorundaysanız kullanışlıdır. "Ağırlığın" teknik olarak bir kuvvet, kütle olmadığını unutmayın; bir kilogram-kuvvet 9,81 N'dir. Panel ikisini karıştırmaz: buradaki her girdi kg cinsinden bir kütledir.
Enerji — joule, eV, kalori, BTU, kWh
Enerji sütunu kuantum (elektronvolt, 1,602×10−19 J) ile endüstriyel (kilovatsaat, 3,6×106 J) arasındaki boşluğu kapsar. SI birimi joule'dür (1 J = 1 N·m = 1 kg·m²/s²); elektronvolt doğal atomik birimdir (bir elektronun 1 voltluk bir potansiyelden geçerken kazandığı kinetik enerji); kalori (4,184 J, termokimyasal) besin etiketlerinde yaşamaya devam eder; İngiliz termal birimi (1 BTU ≈ 1.055 J) ısıtma-soğutma derecelendirmelerinde ve tek bir ahşap mutfak kibritinin enerjisinde yaşar; ve kWh elektrik faturanızda görünen şeydir. E = mc² kütle ve enerjiyi doğrudan bağlar: 1 kg kütle 8,988×1016 J tutar, tüm dünya ekonomisini birkaç saniye çalıştırmaya yeter. Besin Kalorisi (büyük K'ye dikkat) aslında bir kilokalori'dir (1.000 cal = 4.184 J).
Basınç — pascal, atm, bar, mmHg, psi
Basınç, neredeyse başka herhangi bir fiziksel niceliğten daha fazla birime sahiptir, çünkü üç geleneğde aynı anda büyüdü: meteoroloji (milimetre cıva, mmHg ve milibar), mühendislik (inç kare başına pound, psi) ve fizik (pascal, Pa = N/m²). Çıpa sayılar: 1 atm = tam olarak 101.325 Pa — özgün SI birimi "standart atmosfer"di; 1 mmHg ≈ 133,322 Pa (standart yerçekiminde 1 mm'lik bir cıva sütununun yüksekliği); 1 bar = tam olarak 100.000 Pa (1 atm'den biraz küçük pratik bir yuvarlak sayı); 1 psi ≈ 6.894,76 Pa. mmHg'den Pa'ya oran cıva barometresinin çalışmasını sağlar: 760 mmHg = 1 atm. Kan basıncı geleneksel olarak mmHg ile, atmosferik basınç hPa (hektopascal, sayısal olarak milibara eşit) ile ve lastik basıncı psi ile bildirilir.
Sıcaklık özeldir
Diğer her niceliğin dönüşümü tek bir çarpımsal çarpandır. Sıcaklık istisnadır: birimleri bir ölçek kadar bir kaydırma da içerir, çünkü her ölçekte 0 farklı bir yerdir. Celsius'tan kelvin'e dönüştürmek için 273,15 ekleyin; Fahrenheit'ten Rankine'ye 459,67 ekleyin; Celsius'tan Fahrenheit'e 9/5 ile çarpın ve 32 ekleyin. Bir sıcaklık farkını dönüştürmek için yalnızca ölçek çarpanını kullanın (1 K = 1°C = 9/5°F). Panel bunu kategoriye özgü ölçekleme ve kaydırmayla yönetir, böylece 100°C 180°F değil (yaygın hata) 212°F olarak okunur. Sıcaklık farklarını sıcaklıklarla karıştırmak, birim dönüşümünde tek en yaygın hatadır.
Çeşitli: açılar, yük, gerilim, frekans
Deneyimli kişileri bile yakalayan birkaç dönüşüm işaretlemeye değer: radyan ve derece yalnızca boyutsuz değil, aynı boyutsuzdur — 2π radyan = 360°, her iki birimde de tam bir çember saf bir sayı olarak çıkan bir uzunluk/yarıçap oranıdır; açısal formüllerdeki ω'nın neden her iki birimi de alabildiğinin nedeni budur. Frekans zamanın tersidir: hertz = 1/s. Gerilim (coulomb başına bir joule) ve elektrik yükü (coulomb) Q = I·t ile akımla (amper) bağlıdır. Akımın temel birimi amper, saniyede 6,241×1018 temel yük olarak tanımlanır; yakın tarihli 2019 SI yeniden tanımı, temel yük için sabit bir değer ile değiştirdi ve ampere türetildi. Panel baştan sona geleneksel mühendislik çarpanlarını kullanır; bunlar neredeyse tüm amaçlar için pratik tanımlarla milyonda bir parçadan daha iyi eşleşir.
Yaygın yanlış anlamalar
- Sıcaklık, inç ile santimetre gibi yalnızca farklı bir ölçektir. Sıcaklık ölçekleri hem kaydırılmış hem ölçeklenmiştir: 0°C = 273,15 K, 0 K değil. 1 K'lik bir aralık 1°C'lik bir aralığa eşittir, ama mutlak sıcaklıklar farklıdır. Bunları karıştırmak, ısıyla ilgili birim dönüşümlerinde en yaygın hatadır.
- Bir pound bir kilogramdır. Pound, avoirdupois sisteminde bir kütle birimidir (1959'dan beri tam olarak 0,453 592 37 kg); pound-kuvvet (lbf) ise bir kuvvet birimidir (yaklaşık 4,45 N). Aralarında g ≈ 9,81 çarpanı vardır. Vücut ağırlığı tartıları pound-kütle bildirir; roket motorları pound-kuvvet bildirir; her ikisi de kendi bağlamında doğrudur.
- 1 kg ağırlık, Newton'a çevirmek için 9,81 ile çarpılır. 9,81 m/s² standart yüzey yerçekimidir, dönüşüm çarpanı değildir. 1 kg kütle deniz seviyesinde yaklaşık 9,81 N ağırlığındadır, ama aynı kütle her yerde aynı sayıdır — yerel g'ye bağlı olan ağırlıktır (kuvvet).
- Elektronvolt bir gerilim birimidir. Adına rağmen eV bir enerji birimidir: bir elektronun bir volt'luk bir potansiyelden geçerken kazandığı enerji. 1 eV = 1,602×10−19 J. Bu, "eV" içindeki "volt"u kinematik bir kolaylık yapar, bir kuvvet birimi değil.
İlgili araçlar: bu çarpanların altında yatan değerler için Sabitler Başvurusu, özel sıcaklık durumunun uygulamadaki hâli için Termodinamik ve boyut analizinin cebiri için Hesap Makinesi.
