Newton
Nehmen Sie einen kleinen Apfel in die Hand, etwa hundert Gramm. Ihre Handfläche drückt mit einer Kraft von ungefähr einem Newton nach oben. Genau so viel braucht es, damit der Apfel nicht fällt.
1687 veröffentlichte Isaac Newton die «Mathematischen Prinzipien der Naturphilosophie». Dort steht, dass die Änderung der Bewegung der einwirkenden Kraft proportional ist. Heute schreibt man das als F = m·a. Nach Newton benannt wurde die Krafteinheit erst 1948. Ein Newton beschleunigt ein Kilogramm in jeder Sekunde um einen Meter pro Sekunde.
| Zeichen | N |
| Über die Basiseinheiten | kg·m·s⁻² |
| Gewicht von 1 kg | 9,806 65 N bei Normfallbeschleunigung · auf dem Mond 1,62 N |
| Benannt | nach Isaac Newton · CGPM 1948, im SI seit 1960 |
| Normen | ISO 80000-4 · SI-Broschüre, 9. Aufl. · ISO 376 (Kraftaufnehmer) |
| Typische Werte | 1 nN — Spitze eines Rasterkraftmikroskops · 1 N — Apfel mit 102 g · 35 MN — Schub der Saturn V |
01 · Definition
Ein Kilogramm, ein Meter und zwei Sekunden
Ein Newton ist die Kraft, die einem Körper der Masse 1 kg eine Beschleunigung von 1 m/s² erteilt. Ein eigenes Normal hat das Newton nicht. Es setzt sich aus Kilogramm, Meter und Sekunde zusammen und ist genau so genau wie sie.
Auch das Gewicht ist eine Kraft. Es ist die Kraft, mit der ein Körper auf seine Unterlage drückt. Auf der Erde wiegt ein Kilogramm etwa 9,8 N, auf dem Mond sechsmal weniger, die Masse aber bleibt gleich. Deshalb zeigt eine Federwaage auf dem Mond eine andere Zahl, eine Balkenwaage dieselbe.
Wie viel Sand ein Newton wiegt
In der Schale liegt genau so viel Sand, dass die Feder 1 N anzeigt. Je schwächer die Anziehung, desto mehr Sand braucht man. Die Höhe des Häufchens ist die Masse des Sandes, der blaue Strich die Marke 1 N auf der Skala. Sie ist auf allen Himmelskörpern dieselbe.
Den Käufer interessiert, wie viel Stoff in der Packung ist, und das ist die Masse. Das Gewicht hängt vom Ort ab: Am Äquator wiegt eine Packung ein halbes Prozent weniger als am Pol. Ladenwaagen messen eine Kraft, werden aber vor Ort mit Gewichtsstücken justiert. Deshalb zeigt die Anzeige Gramm.
Dasselbe Newton hält eine Last und beschleunigt einen Wagen
Links ein Federkraftmesser. Der rote Pfeil ist das Gewicht des Gegenstands, der blaue die Federkraft. Sind sie gleich, hängt die Last ruhig. Rechts ein Wagen auf einer Schiene. Ein Propeller hinten schiebt ihn mit konstanter Kraft, der blaue Pfeil zeigt diese Kraft. Die Punkte auf dem Band werden alle 0,1 s gesetzt. Je weiter die Punkte auseinander liegen, desto schneller fährt der Wagen. Der grüne Strich ist das Ziel nach 1 m. Der Himmelskörper ändert das Gewicht der Last und die Reibung, nicht aber den Propellerschub.
Ein Apfel mit 102 g wiegt auf der Erde 1,00 N. Dasselbe Newton beschleunigt einen Kilogramm-Wagen in jeder Sekunde um 1 m/s².
02 · Umrechnung
| Einheit | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Ein Kilogramm-Kraft ist das Gewicht eines Kilogramms bei Normfallbeschleunigung. Es ist genau 9,806 65-mal so groß wie ein Newton.
Das Dyn aus dem CGS-System ist hunderttausendmal kleiner als ein Newton. Es beschleunigt ein Gramm um 1 cm/s².
Den Schub von Strahltriebwerken gibt man in den USA bis heute in lbf an: 100 000 lbf sind 445 kN.
03 · Größenordnungen
04 · Messgeräte
05 · Schreibregeln
06 · Benachbarte Einheiten
07 · Historischer Teil
Der freie Fall ist zu schnell, um ihn mit einem Pendel zu stoppen. 1784 hängte George Atwood zwei fast gleiche Gewichte über eine Rolle. Das kleine Übergewicht zieht das System langsam, und die Beschleunigung lässt sich in Sekunden messen. So wurde das zweite newtonsche Gesetz erstmals auf dem Tisch geprüft.
Das Newton stützt sich auf das Kilogramm. Seit 2019 ist das Kilogramm über die Planck-Konstante festgelegt, und Kraft lässt sich ohne Gewichtsstücke darstellen: In der Kibble-Waage wird das Gewicht durch eine elektromagnetische Kraft ausgeglichen. Nationale Institute stellen große Kräfte mit Belastungsmaschinen bis 1 MN dar und kalibrieren Kraftaufnehmer nach ISO 376.
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Ein Tropfen Säure ändert die Farbe des Safts, Salz färbt die Flamme, Wasser gefriert durch ein Klopfen. Darunter alle Simetrium-Blätter, nach Fachgebieten und alphabetisch.
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