Newton
Unidad derivada del SI · magnitud: fuerza
01 · Definición
La fuerza que comunica a una masa de un kilogramo una aceleración de un metro por segundo cada segundo. Magnitud modesta: con aproximadamente esa fuerza aprieta una manzana mediana sobre la palma.
La definición repite directamente la segunda ley de la mecánica y por eso no exige ni patrón ni banco de verificación: el newton queda fijado por completo por el kilogramo, el metro y el segundo. De ahí nace también la confusión que la unidad viene a despejar. La masa es una propiedad del cuerpo y no cambia en ningún lugar del Universo; el peso es la fuerza con que el cuerpo aprieta sobre su apoyo y depende de dónde se encuentre. Un kilogramo sigue siendo un kilogramo en la Luna, pero allí los newtons se vuelven seis veces menores. Mientras ambas magnitudes se llamaron kilogramos, la diferencia había que llevarla en la cabeza; el newton la sacó al símbolo.
El movimiento uniforme no necesita fuerza: un carro que nada frena rueda solo. Los newtons hacen falta para cambiar la velocidad o para sostener un cuerpo que caería. Un newton lleva un kilogramo a un metro por segundo en un segundo; diez newtons aceleran ese mismo kilogramo diez veces más deprisa, o bien diez kilogramos al mismo ritmo: en la segunda ley, masa y aceleración están en pie de igualdad.
02 · Conversión
Newtons, kilogramos-fuerza y libras-fuerza
Todos los coeficientes son exactos por definición: el kilogramo-fuerza y la libra-fuerza se fijan mediante la aceleración normal de la gravedad, y la dina, mediante el centímetro y el gramo.
El kilogramo-fuerza se define como el peso de un kilogramo bajo la aceleración normal de la gravedad, 9,806 65 metros por segundo al cuadrado. La cifra es convencional: la aceleración real va de 9,78 en el ecuador a 9,83 en el polo, de modo que una misma pesa aprieta la balanza de distinta manera en Quito y en Múrmansk. Por eso las balanzas industriales se calibran en el lugar de instalación.
| Unidad | Nombre | Valor | Dónde aparece |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | escritura básica de la fuerza en el SI |
| kN | kilonewton | 0,001 | construcción, empuje, cargas |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | cohetes, prensas, puentes |
| mN | milinewton | 1 000 | mediciones de laboratorio |
| µN | micronewton | 1·10⁶ | micromecánica, vela solar |
| kgf | kilogramo-fuerza | 0,101972 | peso de un kilogramo bajo g₀ |
| gf | gramo-fuerza | 101,972 | balanzas de farmacia y de laboratorio |
| tf | tonelada-fuerza | 0,000101972 | grúas, empuje de motores en el habla corriente |
| lbf | libra-fuerza | 0,224809 | técnica anglosajona |
| ozf | onza-fuerza | 3,59694 | esfuerzos pequeños, resortes |
| dina | dina | 100 000 | sistema CGS, física del siglo XIX |
| poundal | poundal | 7,23301 | sistema absoluto inglés |
| sn | esteno | 0,001 | sistema MTS, Francia 1919–1961 |
El peso se calcula con la aceleración normal de la gravedad 9,806 65 m/s²; la aceleración, para una masa de una tonelada.
03 · Órdenes de magnitud
de la mota de polvo al cohete que despegaUn newton — una manzana en la palma
04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide la fuerza
El camino más directo: la ley de Hooke une alargamiento y fuerza de forma lineal, y la escala puede graduarse en newtons sin intermediarios. La exactitud la limitan la fluencia elástica del resorte y la temperatura; en la producción el aparato quedó como medidor grosero.
La rejilla pegada al elemento elástico se estira junto con el metal y su resistencia varía en fracciones de por ciento. Un puente de medida lo convierte en tensión: así funcionan todas las balanzas comerciales e industriales, desde la de cocina hasta la de vagones.
Los institutos nacionales de metrología materializan el newton con cargas de masa conocida colgadas en un campo gravitatorio de aceleración medida. Las mayores instalaciones alcanzan varios meganewtons y con ellas se calibran los sensores de los laboratorios de ensayo.
El cuarzo bajo carga engendra por sí mismo una carga eléctrica, y la respuesta sigue a un impacto de microsegundos. Con estos sensores se miden la fuerza de corte, el retroceso y los ensayos de choque; la carga estática no la sostienen: la carga se escapa.
05 · Reglas de escritura
N mayúscula, sin punto
El símbolo procede de un apellido, por eso su letra es mayúscula, mientras que el nombre de la unidad se escribe en minúscula: un newton, pero N. El símbolo ruso es Н y en un texto mixto se confunde con facilidad con la H latina del henrio. Entre el número y el símbolo se pone un espacio indivisible.
El prefijo kilo se escribe en minúscula: kN, no KN. El momento de una fuerza se expresa en newton-metro y, aunque su dimensión coincide con la del julio, no cabe sustituir uno por otro: trabajo y momento son magnitudes distintas. El kilogramo-fuerza y la tonelada-fuerza se admitieron en la técnica hasta los años ochenta, aparecen en planos y manuales antiguos y la norma ISO 80000-4 ya no los recomienda.
06 · Unidades vecinas
El newton está en la raíz de toda una mata de unidades derivadas: divídalo por un área y sale el pascal; multiplíquelo por un recorrido y sale el julio.
newton por metro cuadrado
fuerza
newton-metro de trabajo
En las fichas vecinas de Simetrium: pascal para la presión, julio para el trabajo, vatio para la potencia y kilogramo — la unidad básica mediante la cual se define el newton. De las unidades ajenas al SI están cerca libra-fuerza y pie-libra, que viven en la técnica anglosajona.
07 · Sección histórica
Con qué se medía la fuerza antes del newton
La segunda ley del movimiento se formuló sin unidad alguna de fuerza: Newton escribía sobre proporciones, no sobre números. Medir la fuerza en algo determinado hizo falta solo con la llegada de las máquinas y de los cálculos de ingeniería.
Los ingenieros calculaban en kilogramos-fuerza: el peso de una pesa, comprensible a simple vista. Los físicos prefirieron el sistema centímetro-gramo-segundo con la dina, cien mil veces menor que el newton. Los cálculos de un bando había que traducirlos para el otro.
La novena Conferencia General de Pesas y Medidas aprobó el nombre de newton para la fuerza que lleva un kilogramo a un metro por segundo en un segundo. En 1960 la unidad entró en el Sistema Internacional junto con las demás derivadas.
El kilogramo-fuerza salió de los documentos, pero se quedó en el habla: al empuje de un motor se le sigue llamando toneladas y al esfuerzo de una prensa, kilogramos. La balanza de resorte de la tienda muestra masa aunque mide fuerza, y se ajusta a la aceleración local de la gravedad.
El newton no se materializa con un patrón: solo se calcula
El kilogramo tuvo un prototipo; el metro, un trazo sobre una regla de platino; el newton no tiene ni puede tener un objeto modelo. La unidad se define mediante tres unidades básicas y se materializa por cálculo: se cuelga una carga de masa conocida y se multiplica por la aceleración de la gravedad, medida en el propio lugar con exactitud de millonésimas. De ahí el rasgo propio de la metrología de fuerzas: un patrón nacional de fuerza está atado a un punto geográfico. Llevar la máquina a otra ciudad significa medir de nuevo la aceleración local, porque cambia con la latitud, la altura e incluso con la densidad de las rocas bajo los cimientos. Un monte de doscientos metros junto al laboratorio desplaza el resultado en la sexta cifra. La balanza de cruz no conoce esta preocupación: compara masas, y la gravedad se simplifica en ambos platillos; por eso pesar es milenios más antiguo que medir fuerza.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y las unidades ajenas al sistema sin las que no se apañan ni la técnica ni la vida diaria. Cada una, una hoja aparte: definición, conversión, instrumentos, reglas de escritura. En 11 idiomas.
Unidades derivadas del SI con nombre propio
ficha del newton abiertaUnidades básicas del SI
en terracota: kilogramo, metro y segundo, con los que se compone el newtonUnidades ajenas al sistema
en terracota: unidades de fuerza de otros sistemasIdioma de la ficha
11 idiomas. El símbolo N es internacional; el nombre sigue al apellido y por eso cambia poco: newton, Newton, ньютон, ニュートン.