Newton
Odvozená jednotka SI · veličina: síla
01 · Definice
Síla, která udělí hmotnosti jednoho kilogramu zrychlení jeden metr za sekundu každou sekundu. Skromná veličina: přibližně takovou silou tlačí na dlaň středně velké jablko.
Definice přímo opakuje druhý pohybový zákon, a proto nevyžaduje ani etalon, ani ověřovací zařízení: newton je zcela dán kilogramem, metrem a sekundou. Odtud pochází i hlavní zmatek, který má jednotka odstranit. Hmotnost je vlastnost tělesa a nemění se nikde ve vesmíru; tíha je síla, kterou těleso tlačí na podložku, a závisí na tom, kde se těleso nachází. Kilogram zůstává kilogramem i na Měsíci, ale newtonů je tam šestkrát méně. Dokud se obě veličiny jmenovaly kilogram, bylo třeba rozdíl držet v hlavě; newton jej vynesl do značky.
Rovnoměrný pohyb sílu nepotřebuje: vozík, který nic nebrzdí, se kutálí sám. Newtony jsou potřeba ke změně rychlosti nebo k udržení tělesa před pádem. Jeden newton rozežene kilogram na metr za sekundu během jedné sekundy, deset newtonů rozežene tentýž kilogram desetkrát rychleji nebo deset kilogramů stejně rychle — ve druhém zákoně jsou hmotnost a zrychlení rovnocenné.
02 · Převod
Newtony, kilopondy a libry síly
Všechny součinitele jsou přesné z definice: kilopond a libra síly jsou určeny normálním tíhovým zrychlením a dyn centimetrem a gramem.
Kilopond je určen jako tíha kilogramu při normálním tíhovém zrychlení, 9,806 65 metru za sekundu na druhou. Číslo je úmluva: skutečné zrychlení se mění od 9,78 na rovníku po 9,83 na pólu, takže totéž závaží tlačí na váhu jinak v Quitu a jinak v Murmansku. Průmyslové váhy se proto kalibrují na místě instalace.
| Jednotka | Název | Hodnota | Kde se vyskytuje |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | základní zápis síly v SI |
| kN | kilonewton | 0,001 | stavebnictví, tah, zatížení |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | rakety, lisy, mosty |
| mN | milinewton | 1 000 | laboratorní měření |
| µN | mikronewton | 1·10⁶ | mikromechanika, sluneční plachta |
| kp | kilopond | 0,101972 | tíha kilogramu při g₀ |
| p | pond | 101,972 | lékárenské a laboratorní váhy |
| Mp | megapond | 0,000101972 | jeřáby, tah motorů v hovoru |
| lbf | libra síly | 0,224809 | anglofonní technika |
| ozf | unce síly | 3,59694 | malé síly, pružiny |
| dyn | dyn | 100 000 | soustava CGS, fyzika 19. století |
| poundal | poundal | 7,23301 | anglická absolutní soustava |
| sn | sthéne | 0,001 | soustava MTS, Francie 1919–1961 |
Tíha se počítá při normálním tíhovém zrychlení 9,806 65 m/s²; zrychlení platí pro hmotnost jedné tuny.
03 · Řády veličin
od zrnka prachu po startující raketuJeden newton — jablko na dlani
04 · Měřicí přístroje
Čím se měří síla
Nejpřímější cesta: Hookův zákon spojuje protažení a sílu lineárně a stupnici lze dělit rovnou v newtonech. Přesnost omezuje pružné dopružování a teplota, a tak přístroj zůstal ve výrobě hrubým měřidlem.
Mřížka nalepená na pružném členu se protahuje spolu s kovem a její odpor se mění o zlomky procenta. Můstkové zapojení z toho udělá napětí — tak fungují všechny obchodní i průmyslové váhy, od kuchyňské po vagonovou.
Národní metrologické instituty realizují newton břemeny o známé hmotnosti zavěšenými v tíhovém poli s proměřeným zrychlením. Největší zařízení vyvinou několik meganewtonů a podle nich se kalibrují snímače zkušebních laboratoří.
Křemen pod zatížením sám vytvoří náboj a odezva stačí rázu trvajícímu mikrosekundy. Takovými snímači se měří řezná síla, zpětný ráz a nárazové zkoušky; statické zatížení neudrží — náboj odteče.
05 · Pravidla zápisu
Velké N bez tečky
Značka je odvozena od příjmení, proto se píše velkým písmenem, kdežto název jednotky v textu malým: newton, ale N. Ruská značka je Н a ve smíšeném textu se snadno zamění s latinským H pro henry. Mezi číslo a značku se klade nezlomitelná mezera.
Předpona kilo se píše malým písmenem: kN, nikoli KN. Moment síly se udává v newtonmetrech, a přestože má stejný rozměr jako joule, nelze jedno zaměňovat za druhé: práce a moment jsou různé veličiny. Kilopond a megapond byly v technice připuštěny až do osmdesátých let, vyskytují se na starých výkresech a v příručkách a norma ISO 80000-4 je již nedoporučuje.
06 · Sousední jednotky
Newton stojí u kořene celého keře odvozených jednotek: vydělte jej plochou — vyjde pascal, vynásobte dráhou — vyjde joule.
newton na metr čtvereční
síla
newtonmetr práce
V sousedních listech Simetria: pascal pro tlak, joule pro práci, watt pro výkon a kilogram — základní jednotka, jíž je newton definován. Z jednotek mimo soustavu stojí vedle libra síly a stopolibra, které žijí v anglofonní technice.
07 · Historický oddíl
Čím se měřila síla před newtonem
Druhý pohybový zákon byl vysloven bez jakékoli jednotky síly: Newton psal o poměrech, ne o číslech. Měřit sílu v něčem určitém bylo potřeba až s příchodem strojů a inženýrských výpočtů.
Inženýři počítali v kilopondech — tíze závaží, pochopitelné okem. Fyzici dali přednost soustavě centimetr-gram-sekunda s dynem, stotisíckrát menším než newton. Výpočty jednoho tábora se musely pro druhý přepočítávat.
Devátá generální konference pro váhy a míry schválila název newton pro sílu, která rozežene kilogram na metr za sekundu během jedné sekundy. Roku 1960 jednotka vstoupila do Mezinárodní soustavy spolu s ostatními odvozenými.
Kilopond odešel z dokumentů, ale zůstal v řeči: tah motoru se dál udává v tunách a síla lisu v kilogramech. Pružinová váha v obchodě ukazuje hmotnost, ačkoli měří sílu, a nastavuje se na místní tíhové zrychlení.
Newton nelze realizovat etalonem — jen vypočítat
Kilogram měl etalon, metr čárku na platinovém pravítku; newton nemá a mít nemůže předmět jako vzor. Jednotka je definována třemi základními a realizuje se výpočtem: zavěsí se břemeno o známé hmotnosti a vynásobí se tíhovým zrychlením, změřeným na místě instalace s přesností na miliontiny. Odtud zvláštnost silové metrologie: národní etalon síly je vázán na zeměpisný bod. Přestěhovat stroj do jiného města znamená znovu změřit místní zrychlení, protože se mění se zeměpisnou šířkou, s nadmořskou výškou, ba i s hustotou hornin pod základy. Dvousetmetrová hora vedle laboratoře posune výsledek na šestém místě. Rovnoramenná váha tuto starost nezná vůbec: porovnává hmotnosti a tíhová síla se na obou miskách vykrátí — proto je vážení o tisíciletí starší než měření síly.
Katalog · měřicí jednotky
List pro každou veličinu
Sedm základních jednotek SI, dvaadvacet odvozených s vlastními názvy a jednotky mimo soustavu, bez nichž se neobejde technika ani běžný život. Každá má svůj list: definice, převod, přístroje, pravidla zápisu. V 32 jazycích.
Odvozené jednotky SI s vlastním názvem
otevřen list newtonuZákladní jednotky SI
terakotou — kilogram, metr a sekunda, z nichž je newton složenJednotky mimo soustavu
terakotou — jednotky síly jiných soustavJazyk listu
32 jazyků. Značka N je mezinárodní; název jde za příjmením, a proto se mění málo: newton, Newton, ньютон, ニュートン.