Newton
Afledt SI-enhed · størrelse: kraft
01 · Definition
Den kraft, der giver en masse på ét kilogram accelerationen én meter per sekund hvert sekund. En beskeden størrelse: omtrent med den kraft trykker et mellemstort æble mod håndfladen.
Definitionen gentager direkte mekanikkens anden lov og kræver derfor hverken normal eller kalibreringsopstilling: newton er fuldt bestemt af kilogrammet, meteren og sekundet. Herfra kommer også den forvirring, som enheden skal rydde af vejen. Massen er en egenskab ved legemet og ændrer sig ingen steder i universet; vægten er den kraft, hvormed legemet trykker mod sit underlag, og den afhænger af, hvor legemet befinder sig. Et kilogram bliver ved med at være et kilogram også på Månen, men newton bliver der seks gange færre. Så længe begge størrelser hed kilogram, måtte man holde forskellen i hovedet; newton flyttede den ud i symbolet.
Ensartet bevægelse kræver ingen kraft: en vogn, som intet bremser, ruller af sig selv. Newton bruges til at ændre farten eller holde et legeme fra at falde. Én newton bringer et kilogram op på én meter per sekund på ét sekund, mens ti newton accelererer det samme kilogram ti gange hurtigere eller ti kilogram lige så hurtigt — i anden lov er masse og acceleration ligestillede.
02 · Omregning
Newton, kilopond og pundkraft
Alle faktorer er eksakte per definition: kilopond og pundkraft er fastlagt ved normaltyngdeaccelerationen, og dyn ved centimeteren og grammet.
Kilopond er defineret som vægten af ét kilogram ved normaltyngdeaccelerationen, 9,806 65 meter per sekund i anden. Tallet er en aftale: den virkelige acceleration går fra 9,78 ved ækvator til 9,83 ved polen, så det samme lod trykker forskelligt på vægten i Quito og i Murmansk. Industrivægte kalibreres derfor på opstillingsstedet.
| Enhed | Navn | Værdi | Hvor den optræder |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | grundskrivemåden for kraft i SI |
| kN | kilonewton | 0,001 | byggeri, trækkraft, laster |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | raketter, presser, broer |
| mN | millinewton | 1 000 | laboratoriemålinger |
| µN | mikronewton | 1·10⁶ | mikromekanik, solsejl |
| kp | kilopond | 0,101972 | vægten af ét kilogram ved g₀ |
| p | pond | 101,972 | apoteks- og laboratorievægte |
| Mp | megapond | 0,000101972 | kraner, motorers trækkraft i daglig tale |
| lbf | pundkraft | 0,224809 | engelsksproget teknik |
| ozf | undsekraft | 3,59694 | små kræfter, fjedre |
| dyn | dyn | 100 000 | CGS-systemet, 1800-tallets fysik |
| poundal | poundal | 7,23301 | engelsk absolut system |
| sn | sthène | 0,001 | MTS-systemet, Frankrig 1919–1961 |
Vægten regnes ved normaltyngdeaccelerationen 9,806 65 m/s²; accelerationen gælder en masse på ét ton.
03 · Størrelsesordener
fra støvkorn til startende raketÉn newton — et æble i håndfladen
04 · Måleinstrumenter
Hvad man måler kraft med
Den mest direkte vej: Hookes lov forbinder udstrækning og kraft lineært, og skalaen kan inddeles direkte i newton. Nøjagtigheden begrænses af fjederens elastiske eftervirkning og af temperaturen, og i produktionen blev instrumentet stående som et groft måleredskab.
Gitteret, der er limet på fjederlegemet, strækkes med metallet, og dets modstand ændrer sig med brøkdele af en procent. En brokobling gør det om til spænding — sådan virker alle handels- og industrivægte, fra køkkenvægten til vognvægten.
De nationale metrologiske institutter realiserer newton med laster af kendt masse, ophængt i et tyngdefelt med målt acceleration. De største anlæg yder flere meganewton, og efter dem kalibreres prøvningslaboratoriernes følere.
Kvarts frembringer under belastning selv en ladning, og svaret følger med et stød på mikrosekunder. Med sådanne følere måler man skærekraft, rekyl og kollisionsprøver; statisk last holder de ikke — ladningen løber af.
05 · Skriveregler
Stort N uden punktum
Symbolet er dannet af et efternavn, derfor skrives det med stort, mens enhedens navn i tekst skrives med lille: en newton, men N. Det russiske symbol er Н og forveksles i blandet tekst let med det latinske H for henry. Mellem tal og symbol sættes et hårdt mellemrum.
Præfikset kilo skrives med lille: kN, ikke KN. Kraftmomentet angives i newtonmeter, og selv om dets dimension er den samme som joulens, må man ikke bytte det ene ud med det andet: arbejde og moment er forskellige størrelser. Kilopond og megapond var tilladt i teknikken frem til firserne, findes på gamle tegninger og i håndbøger og anbefales ikke længere efter ISO 80000-4.
06 · Naboenheder
Newton står ved roden af en hel busk af afledte enheder: del den med et areal, så får du pascal; gang den med en vej, så får du joule.
newton per kvadratmeter
kraft
newtonmeter arbejde
I Simetriums nabodatablade: pascal for trykket, joule for arbejdet, watt for effekten og kilogram — grundenheden, som newton er defineret ved. Af enhederne uden for SI står ved siden af pundkraft og foot-pound, som lever videre i engelsksproget teknik.
07 · Historisk afsnit
Hvad man målte kraft med før newton
Den anden bevægelseslov blev formuleret uden nogen kraftenhed overhovedet: Newton skrev om forhold, ikke om tal. At måle kraft i noget bestemt blev først nødvendigt med maskinerne og ingeniørberegningerne.
Ingeniørerne regnede i kilopond — vægten af et lod, forståelig for øjet. Fysikerne foretrak centimeter-gram-sekund-systemet med dyn, hundrede tusind gange mindre end newton. Den ene lejrs beregninger måtte regnes om for den anden.
Den niende Generalkonference om mål og vægt vedtog navnet newton for den kraft, der bringer et kilogram op på én meter per sekund på ét sekund. I 1960 indgik enheden i Det Internationale System sammen med de øvrige afledte.
Kilopond er forsvundet fra dokumenterne, men blevet i talesproget: motorens trækkraft angives stadig i ton og pressens kraft i kilogram. Fjedervægten i butikken viser masse, selv om den måler kraft, og den indstilles efter den lokale tyngdeacceleration.
Newton kan ikke realiseres med en normal — kun beregnes
Kilogrammet havde en normal, meteren en streg på en platinlineal; newton har ikke og kan ikke have en genstand som forbillede. Enheden er defineret ved tre grundenheder og realiseres ved beregning: man hænger en last af kendt masse op og ganger den med tyngdeaccelerationen, målt på stedet med millionteders nøjagtighed. Deraf kraftmetrologiens særkende: en national kraftnormal er bundet til et geografisk punkt. At flytte maskinen til en anden by betyder at måle den lokale acceleration på ny, for den ændrer sig med breddegraden, højden og endda med tætheden af klippen under fundamentet. Et bjerg på to hundrede meter ved siden af laboratoriet flytter resultatet i sjette ciffer. Bjælkevægten kender slet ikke denne bekymring: den sammenligner masser, og tyngdekraften forkortes væk i begge skåle — derfor er vejning årtusinder ældre end kraftmåling.
Katalog · måleenheder
Et datablad for hver størrelse
Syv SI-grundenheder, toogtyve afledte med egne navne og de enheder uden for systemet, som hverken teknikken eller hverdagen klarer sig uden. Hver har sit eget blad: definition, omregning, instrumenter, skriveregler. På 11 sprog.
Afledte SI-enheder med eget navn
newtons datablad åbnetSI-grundenheder
i terrakotta — kilogram, meter og sekund, som newton er bygget afEnheder uden for systemet
i terrakotta — kraftenheder fra andre systemerDatabladets sprog
11 sprog. Symbolet N er internationalt; navnet følger efternavnet og ændrer sig derfor kun lidt: newton, Newton, ньютон, ニュートン.