نیوتن
یکای فرعی SI · کمیت: نیرو
01 · تعریف
نیرویی که به جرم یک کیلوگرم، در هر ثانیه، شتاب یک متر بر ثانیه میدهد. کمیتی فروتن: تقریباً با همین نیرو یک سیب متوسط بر کف دست فشار میآورد.
تعریف مستقیماً قانون دوم مکانیک را تکرار میکند و از این رو نه به معیار مادی نیاز دارد و نه به دستگاه کالیبراسیون: نیوتن یکسره با کیلوگرم و متر و ثانیه معین میشود. سرچشمهٔ آن سردرگمی نیز همینجاست که یکا برای رفعش آمده است. جرم ویژگی جسم است و در هیچ جای گیتی تغییر نمیکند؛ وزن نیرویی است که جسم با آن بر تکیهگاه فشار میآورد و به جای جسم بستگی دارد. کیلوگرم بر ماه هم کیلوگرم میماند، اما نیوتنها آنجا شش برابر کمتر میشوند. تا وقتی هر دو کمیت کیلوگرم نامیده میشدند، تفاوت را باید در ذهن نگاه میداشتند؛ نیوتن آن را به نماد آورد.
حرکت یکنواخت نیرو نمیخواهد: گاریای که چیزی آن را ترمز نمیکند خودبهخود میغلتد. نیوتنها برای تغییر سرعت لازماند یا برای نگهداشتن جسمی از افتادن. یک نیوتن کیلوگرم را در یک ثانیه به یک متر بر ثانیه میرساند و ده نیوتن همان کیلوگرم را ده برابر تندتر شتاب میدهد یا ده کیلوگرم را با همان آهنگ — در قانون دوم، جرم و شتاب همارزند.
02 · تبدیل
نیوتن، کیلوگرم-نیرو و پوند-نیرو
همهٔ ضریبها بنا به تعریف دقیقاند: کیلوگرم-نیرو و پوند-نیرو با شتاب گرانش معیار تعیین شدهاند و داین با سانتیمتر و گرم.
کیلوگرم-نیرو وزن یک کیلوگرم در شتاب گرانش معیار تعریف شده است: 9,806 65 متر بر مجذور ثانیه. این عدد قراردادی است: شتاب واقعی از 9,78 در استوا تا 9,83 در قطب تغییر میکند، چنانکه یک وزنه در کیتو و در مورمانسک به یک اندازه بر ترازو فشار نمیآورد. از این رو ترازوهای صنعتی را در محل نصب کالیبره میکنند.
| یکا | نام | مقدار | کجا دیده میشود |
|---|---|---|---|
| N | نیوتن | 1 | نگارش پایهٔ نیرو در SI |
| kN | کیلونیوتن | 0,001 | ساختمان، رانش، بارها |
| MN | مگانیوتن | 1·10⁻⁶ | موشکها، پرسها، پلها |
| mN | میلینیوتن | 1 000 | اندازهگیریهای آزمایشگاهی |
| µN | میکرونیوتن | 1·10⁶ | ریزمکانیک، بادبان خورشیدی |
| kgf | کیلوگرم-نیرو | 0,101972 | وزن کیلوگرم در g₀ |
| gf | گرم-نیرو | 101,972 | ترازوهای داروخانه و آزمایشگاه |
| tf | تن-نیرو | 0,000101972 | جرثقیلها، رانش موتورها در گفتار روزمره |
| lbf | پوند-نیرو | 0,224809 | فناوری انگلیسیزبان |
| ozf | اونس-نیرو | 3,59694 | نیروهای کوچک، فنرها |
| داین | داین | 100 000 | دستگاه CGS، فیزیک سدهٔ نوزدهم |
| پاندال | پاندال | 7,23301 | دستگاه مطلق انگلیسی |
| sn | استن | 0,001 | دستگاه MTS، فرانسه 1919–1961 |
وزن در شتاب گرانش معیار 9,806 65 m/s² حساب میشود؛ شتاب برای جرمی برابر یک تن است.
03 · مرتبههای بزرگی
از ذرهٔ غبار تا موشکی که برمیخیزدیک نیوتن — سیبی در کف دست
04 · ابزارهای اندازهگیری
نیرو را با چه میسنجند
مستقیمترین راه: قانون هوک کشیدگی را خطی به نیرو میبندد و میتوان مقیاس را یکسر به نیوتن درجهبندی کرد. دقت را پساثر کشسان فنر و دما محدود میکند، از این رو در تولید این ابزار در جایگاه سنجهای درشت باقی ماند.
شبکهای که بر عضو کشسان چسبانده شده همراه فلز کشیده میشود و مقاومتش به کسری از درصد تغییر میکند. مدار پل آن را به ولتاژ بدل میکند — همهٔ ترازوهای تجاری و صنعتی، از ترازوی آشپزخانه تا باسکول واگن، چنین کار میکنند.
مؤسسههای ملی اندازهشناسی نیوتن را با بارهایی از جرم معلوم که در میدان گرانشی با شتاب اندازهگیریشده آویختهاند تحقق میبخشند. بزرگترین تأسیسات چند مگانیوتن پدید میآورند و حسگرهای آزمایشگاههای آزمون با آنها کالیبره میشوند.
کوارتز زیر بار خود بار الکتریکی میزاید و پاسخ به ضربهای در حد میکروثانیه میرسد. با چنین حسگرهایی نیروی برش، پسزنی و آزمونهای تصادف را میسنجند؛ بار ایستا را نگاه نمیدارند — بار نشت میکند.
05 · قواعد نگارش
N بزرگ بدون نقطه
نماد از نام خانوادگی ساخته شده، پس با حرف بزرگ نوشته میشود، حال آنکه نام یکا در متن با حرف کوچک میآید: نیوتن، اما N. نماد روسی Н است و در متن آمیخته بهآسانی با H لاتین که نشانهٔ هانری است اشتباه میشود. میان عدد و نماد فاصلهٔ ناشکستنی میگذارند.
پیشوند کیلو با حرف کوچک نوشته میشود: kN، نه KN. گشتاور نیرو را با نیوتن-متر نشان میدهند و هرچند بعد آن همان بعد ژول است، جای یکی را با دیگری نمیتوان عوض کرد: کار و گشتاور دو کمیت جدا هستند. کیلوگرم-نیرو و تن-نیرو تا دههٔ هشتاد در فناوری پذیرفته بودند، در نقشهها و کتابهای راهنمای قدیمی دیده میشوند و استاندارد ISO 80000-4 دیگر آنها را توصیه نمیکند.
06 · یکاهای همسایه
نیوتن بر ریشهٔ بوتهای کامل از یکاهای فرعی ایستاده است: بر مساحت تقسیمش کنید، پاسکال به دست میآید؛ در مسافت ضربش کنید، ژول.
نیوتن بر متر مربع
نیرو
نیوتن-متر کار
در شناسنامههای همسایهٔ Simetrium: پاسکال برای فشار، ژول برای کار، وات برای توان و کیلوگرم — یکای اصلیای که نیوتن با آن تعریف میشود. از یکاهای بیرون دستگاه، در کنارش پوند-نیرو و فوت-پوند هستند که در فناوری انگلیسیزبان زندهاند.
07 · بخش تاریخی
پیش از نیوتن نیرو را با چه میسنجیدند
قانون دوم حرکت بیهیچ یکای نیرویی صورتبندی شد: نیوتن از نسبتها مینوشت، نه از عددها. سنجیدن نیرو با چیزی معین تنها با آمدن ماشینها و محاسبات مهندسی لازم شد.
مهندسان با کیلوگرم-نیرو حساب میکردند — وزن وزنهای که چشم درکش میکند. فیزیکدانان دستگاه سانتیمتر-گرم-ثانیه را با داین ترجیح دادند که صد هزار بار از نیوتن کوچکتر است. محاسبات یک اردو را باید برای دیگری برمیگرداندند.
نهمین کنفرانس عمومی اوزان و مقادیر نام نیوتن را برای نیرویی تصویب کرد که کیلوگرم را در یک ثانیه به یک متر بر ثانیه میرساند. در سال 1960 این یکا همراه دیگر یکاهای فرعی به دستگاه بینالمللی درآمد.
کیلوگرم-نیرو از اسناد رفت اما در گفتار ماند: رانش موتور را همچنان به تن میگویند و نیروی پرس را به کیلوگرم. ترازوی فنری فروشگاه جرم را نشان میدهد هرچند نیرو میسنجد، و بر شتاب گرانش محلی تنظیم میشود.
نیوتن را با معیار مادی نمیتوان تحقق بخشید — تنها میتوان حساب کرد
کیلوگرم معیار داشت و متر خطی بر خطکش پلاتینی؛ اما نیوتن شیء نمونه ندارد و نمیتواند داشته باشد. یکا با سه یکای اصلی تعریف شده و با محاسبه تحقق مییابد: باری با جرم معلوم میآویزند و آن را در شتاب گرانش ضرب میکنند، شتابی که در محل نصب با دقت یک در میلیون اندازه گرفته شده است. ویژگی اندازهشناسی نیرو از همینجاست: معیار ملی نیرو به یک نقطهٔ جغرافیایی بسته است. بردن دستگاه به شهری دیگر یعنی اندازهگیری دوبارهٔ شتاب محلی، زیرا شتاب با عرض جغرافیایی و ارتفاع و حتی با چگالی سنگهای زیر پی تغییر میکند. کوهی دویستمتری در کنار آزمایشگاه نتیجه را در رقم ششم جابهجا میکند. ترازوی شاهینی این دغدغه را اصلاً نمیشناسد: جرمها را میسنجد و گرانش در هر دو کفه ساده میشود — از این رو وزنکردن هزارهها از سنجش نیرو کهنتر است.
فهرست · یکاهای اندازهگیری
شناسنامهای برای هر کمیت
هفت یکای اصلی SI، بیستودو یکای فرعی با نامهای ویژه و یکاهای بیرون دستگاه که نه فناوری از آنها بینیاز است و نه زندگی روزمره. هر یکا برگ خود را دارد: تعریف، تبدیل، ابزارها، قواعد نگارش. به 32 زبان.
یکاهای فرعی SI با نام ویژه
شناسنامهٔ نیوتن باز استیکاهای اصلی SI
به رنگ سفالی — کیلوگرم و متر و ثانیه که نیوتن از آنها ساخته شده استیکاهای بیرون دستگاه
به رنگ سفالی — یکاهای نیرو در دستگاههای دیگرزبان شناسنامه
32 زبان. نماد N بینالمللی است؛ نام از نام خانوادگی پیروی میکند و از این رو کم تغییر میکند: newton, Newton, ньютон, ニュートン.