Newton
SI-johdannaisyksikkö · suure: voima
01 · Määritelmä
Voima, joka antaa yhden kilogramman massalle kiihtyvyyden yksi metri sekunnissa joka sekunti. Vaatimaton suure: suunnilleen tällä voimalla keskikokoinen omena painaa kämmentä.
Määritelmä toistaa suoraan mekaniikan toisen lain eikä siksi vaadi normaalia eikä tarkistuslaitteistoa: newton on kokonaan määrätty kilogramman, metrin ja sekunnin avulla. Tästä juontuu myös se sekaannus, jonka yksikkö on tarkoitettu poistamaan. Massa on kappaleen ominaisuus eikä muutu missään maailmankaikkeudessa; paino on voima, jolla kappale painaa alustaansa, ja se riippuu siitä, missä kappale on. Kilogramma pysyy kilogrammana Kuussakin, mutta newtoneja on siellä kuusi kertaa vähemmän. Niin kauan kuin molempia suureita sanottiin kilogrammoiksi, ero oli pidettävä mielessä; newton siirsi sen tunnukseen.
Tasainen liike ei vaadi voimaa: vaunu, jota mikään ei jarruta, vierii itsestään. Newtoneja tarvitaan nopeuden muuttamiseen tai kappaleen pitämiseen putoamasta. Yksi newton vie kilogramman metriin sekunnissa yhdessä sekunnissa, ja kymmenen newtonia kiihdyttää saman kilogramman kymmenen kertaa nopeammin tai kymmenen kilogrammaa yhtä nopeasti — toisessa laissa massa ja kiihtyvyys ovat samanarvoisia.
02 · Muunnos
Newtonit, kilopondit ja naulavoimat
Kaikki kertoimet ovat määritelmän mukaan tarkkoja: kilopondi ja naulavoima on kiinnitetty normaaliputoamiskiihtyvyyteen ja dyyni senttimetriin ja grammaan.
Kilopondi on määritelty yhden kilogramman painoksi normaaliputoamiskiihtyvyydessä, 9,806 65 metriä sekunnin neliötä kohti. Luku on sopimus: todellinen kiihtyvyys vaihtelee päiväntasaajan arvosta 9,78 navan arvoon 9,83, joten sama punnus painaa vaakaa eri tavalla Quitossa ja Murmanskissa. Siksi teollisuusvaa’at kalibroidaan asennuspaikalla.
| Yksikkö | Nimi | Arvo | Missä esiintyy |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | voiman perusmerkintä SI:ssä |
| kN | kilonewton | 0,001 | rakentaminen, työntövoima, kuormat |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | raketit, puristimet, sillat |
| mN | millinewton | 1 000 | laboratoriomittaukset |
| µN | mikronewton | 1·10⁶ | mikromekaniikka, aurinkopurje |
| kp | kilopondi | 0,101972 | kilogramman paino arvolla g₀ |
| p | pondi | 101,972 | apteekki- ja laboratoriovaa’at |
| Mp | megapondi | 0,000101972 | nosturit, moottorien työntövoima puhekielessä |
| lbf | naulavoima | 0,224809 | englanninkielinen tekniikka |
| ozf | unssivoima | 3,59694 | pienet voimat, jouset |
| dyyni | dyyni | 100 000 | CGS-järjestelmä, 1800-luvun fysiikka |
| poundal | poundal | 7,23301 | englantilainen absoluuttinen järjestelmä |
| sn | sthène | 0,001 | MTS-järjestelmä, Ranska 1919–1961 |
Paino lasketaan normaaliputoamiskiihtyvyydellä 9,806 65 m/s²; kiihtyvyys koskee yhden tonnin massaa.
03 · Suuruusluokat
pölyhiukkasesta nousevaan rakettiinYksi newton — omena kämmenellä
04 · Mittalaitteet
Millä voimaa mitataan
Suorin tie: Hooken laki sitoo venymän ja voiman lineaarisesti, ja asteikon voi jakaa suoraan newtoneiksi. Tarkkuutta rajoittavat jousen kimmoinen jälkivaikutus ja lämpötila, joten tuotannossa laite jäi karkean mittarin osaan.
Kimmoiseen runkoon liimattu ristikko venyy metallin mukana, ja sen resistanssi muuttuu prosentin murto-osilla. Siltakytkentä muuttaa tämän jännitteeksi — näin toimivat kaikki kaupan ja teollisuuden vaa’at, keittiövaa’asta vaunuvaakaan.
Kansalliset metrologian laitokset toteuttavat newtonin tunnetun massan kuormilla, jotka riippuvat painovoimakentässä, jonka kiihtyvyys on mitattu. Suurimmat laitteistot yltävät useaan meganewtoniin, ja niitä vasten kalibroidaan testauslaboratorioiden anturit.
Kvartsi synnyttää kuormitettuna itse varauksen, ja vaste ehtii mukana mikrosekuntien iskuun. Näillä antureilla mitataan leikkuuvoimaa, rekyyliä ja törmäyskokeita; staattista kuormaa ne eivät pidä — varaus valuu pois.
05 · Kirjoitussäännöt
Iso N ilman pistettä
Tunnus on muodostettu sukunimestä, siksi se kirjoitetaan isolla, kun taas yksikön nimi tekstissä pienellä: newton, mutta N. Venäläinen tunnus on Н, ja sekakielisessä tekstissä sen sekoittaa helposti henryn latinalaiseen H:hon. Luvun ja tunnuksen väliin tulee sitova välilyönti.
Etuliite kilo kirjoitetaan pienellä: kN eikä KN. Voiman momentti ilmoitetaan newtonmetreinä, ja vaikka sen dimensio on sama kuin joulen, niitä ei saa vaihtaa keskenään: työ ja momentti ovat eri suureita. Kilopondi ja megapondi olivat tekniikassa sallittuja kahdeksankymmenluvulle asti, esiintyvät vanhoissa piirustuksissa ja käsikirjoissa, eikä standardi ISO 80000-4 enää suosittele niitä.
06 · Naapuriyksiköt
Newton on kokonaisen johdannaispensaan juurella: jaa se pinta-alalla, saat pascalin; kerro se matkalla, saat joulen.
newton neliömetriä kohti
voima
newtonmetri työtä
Simetriumin naapurikorteissa: pascal paineelle, joule työlle, watti teholle ja kilogramma — perusyksikkö, jonka kautta newton on määritelty. SI:n ulkopuolisista vieressä ovat naulavoima ja jalkanaula, jotka elävät englanninkielisessä tekniikassa.
07 · Historiallinen osa
Millä voimaa mitattiin ennen newtonia
Toinen liikelaki muotoiltiin ilman minkäänlaista voiman yksikköä: Newton kirjoitti suhteista, ei luvuista. Voiman mittaaminen jossakin määrätyssä tuli tarpeen vasta koneiden ja insinöörilaskelmien myötä.
Insinöörit laskivat kilopondeina — punnuksen painona, jonka silmä käsittää. Fyysikot suosivat senttimetri-gramma-sekunti-järjestelmää ja dyyniä, joka on satatuhatta kertaa newtonia pienempi. Toisen leirin laskelmat oli muunnettava toiselle.
Yhdeksäs yleinen paino- ja mittakonferenssi vahvisti nimen newton voimalle, joka vie kilogramman metriin sekunnissa yhdessä sekunnissa. Vuonna 1960 yksikkö liittyi kansainväliseen järjestelmään muiden johdannaisten kanssa.
Kilopondi on kadonnut asiakirjoista mutta jäänyt puheeseen: moottorin työntövoima ilmoitetaan yhä tonneina ja puristimen voima kilogrammoina. Kaupan jousivaaka näyttää massan, vaikka mittaa voiman, ja se säädetään paikallisen putoamiskiihtyvyyden mukaan.
Newtonia ei voi toteuttaa normaalilla — vain laskea
Kilogrammalla oli normaali, metrillä viiva platinaviivaimella; newtonilla ei ole eikä voi olla esinettä malliksi. Yksikkö on määritelty kolmen perusyksikön avulla ja toteutetaan laskemalla: ripustetaan tunnetun massan kuorma ja kerrotaan se putoamiskiihtyvyydellä, joka on mitattu paikan päällä miljoonasosien tarkkuudella. Tästä voimametrologian erityispiirre: kansallinen voimanormaali on sidottu maantieteelliseen pisteeseen. Koneen siirtäminen toiseen kaupunkiin merkitsee paikallisen kiihtyvyyden mittaamista uudelleen, sillä se muuttuu leveyspiirin, korkeuden ja jopa perustusten alla olevan kallion tiheyden mukana. Kahdensadan metrin vuori laboratorion vieressä siirtää tulosta kuudennessa numerossa. Vipuvaaka ei tunne tätä huolta lainkaan: se vertaa massoja, ja painovoima supistuu pois molemmista vaakakupeista — siksi punnitseminen on vuosituhansia vanhempaa kuin voiman mittaaminen.
Luettelo · mittayksiköt
Kortti jokaiselle suureelle
Seitsemän SI-perusyksikköä, kaksikymmentäkaksi omalla nimellä varustettua johdannaista ja järjestelmän ulkopuoliset yksiköt, joita ilman ei tule toimeen tekniikka eikä arki. Jokaisella oma lehtensä: määritelmä, muunnos, mittalaitteet, kirjoitussäännöt. 32 kielellä.
SI-johdannaisyksiköt omalla nimellä
newtonin kortti avattuSI-perusyksiköt
terrakotalla — kilogramma, metri ja sekunti, joista newton on koottuJärjestelmän ulkopuoliset yksiköt
terrakotalla — muiden järjestelmien voimayksikötKortin kieli
32 kieltä. Tunnus N on kansainvälinen; nimi seuraa sukunimeä ja muuttuu siksi vähän: newton, Newton, ньютон, ニュートン.