Newton
Unità derivata SI · grandezza: forza
01 · Definizione
La forza che imprime a una massa di un chilogrammo un’accelerazione di un metro al secondo ogni secondo. Grandezza modesta: con circa questa forza preme sul palmo una mela di media grandezza.
La definizione ripete direttamente la seconda legge della meccanica e perciò non richiede né campione né banco di taratura: il newton è interamente fissato dal chilogrammo, dal metro e dal secondo. Di qui nasce anche la confusione che l’unità è chiamata a sciogliere. La massa è una proprietà del corpo e non cambia in nessun luogo dell’Universo; il peso è la forza con cui il corpo preme sull’appoggio e dipende da dove il corpo si trova. Un chilogrammo resta un chilogrammo anche sulla Luna, ma i newton là diventano sei volte minori. Finché entrambe le grandezze si chiamavano chilogrammi, la differenza bisognava tenerla a mente; il newton l’ha portata nel simbolo.
Il moto uniforme non richiede forza: un carrello che nulla frena rotola da sé. I newton servono a cambiare la velocità o a trattenere un corpo che cadrebbe. Un newton porta un chilogrammo a un metro al secondo in un secondo; dieci newton accelerano lo stesso chilogrammo dieci volte più in fretta, oppure dieci chilogrammi allo stesso ritmo — nella seconda legge massa e accelerazione sono alla pari.
02 · Conversione
Newton, chilogrammi-forza e libbre-forza
Tutti i coefficienti sono esatti per definizione: il chilogrammo-forza e la libbra-forza sono fissati dall’accelerazione normale di gravità, la dina dal centimetro e dal grammo.
Il chilogrammo-forza è definito come il peso di un chilogrammo sotto l’accelerazione normale di gravità, 9,806 65 metri al secondo quadrato. Il numero è convenzionale: l’accelerazione reale va da 9,78 all’equatore a 9,83 al polo, sicché la stessa massa preme sulla bilancia in modo diverso a Quito e a Murmansk. Per questo le bilance industriali si tarano sul luogo di installazione.
| Unità | Nome | Valore | Dove si incontra |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | scrittura di base della forza nel SI |
| kN | chilonewton | 0,001 | edilizia, spinta, carichi |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | razzi, presse, ponti |
| mN | millinewton | 1 000 | misure di laboratorio |
| µN | micronewton | 1·10⁶ | micromeccanica, vela solare |
| kgf | chilogrammo-forza | 0,101972 | peso di un chilogrammo sotto g₀ |
| gf | grammo-forza | 101,972 | bilance da farmacia e da laboratorio |
| tf | tonnellata-forza | 0,000101972 | gru, spinta dei motori nel parlato |
| lbf | libbra-forza | 0,224809 | tecnica anglosassone |
| ozf | oncia-forza | 3,59694 | sforzi piccoli, molle |
| dina | dina | 100 000 | sistema CGS, fisica dell’Ottocento |
| poundal | poundal | 7,23301 | sistema assoluto inglese |
| sn | stene | 0,001 | sistema MTS, Francia 1919–1961 |
Il peso è calcolato con l’accelerazione normale di gravità 9,806 65 m/s²; l’accelerazione, per una massa di una tonnellata.
03 · Ordini di grandezza
dal granello di polvere al razzo al decolloUn newton — una mela sul palmo
04 · Strumenti di misura
Con che cosa si misura la forza
La via più diretta: la legge di Hooke lega allungamento e forza in modo lineare, e la scala si può graduare in newton senza intermediari. L’esattezza è limitata dallo scorrimento elastico della molla e dalla temperatura; in produzione lo strumento è rimasto una misura grossolana.
La griglia incollata sull’elemento elastico si stira insieme al metallo e la sua resistenza varia di frazioni di punto percentuale. Un ponte di misura lo trasforma in tensione: così funzionano tutte le bilance commerciali e industriali, da quella da cucina a quella per vagoni.
Gli istituti metrologici nazionali realizzano il newton con carichi di massa nota sospesi in un campo di gravità la cui accelerazione è misurata. Gli impianti maggiori arrivano a diversi meganewton e con essi si tarano i sensori dei laboratori di prova.
Sotto carico il quarzo genera da sé una carica, e la risposta tiene dietro a un urto di microsecondi. Con questi sensori si misurano la forza di taglio, il rinculo e le prove d’urto; il carico statico non lo reggono — la carica si scarica.
05 · Regole di scrittura
N maiuscola, senza punto
Il simbolo deriva da un cognome, perciò la sua lettera è maiuscola, mentre il nome dell’unità si scrive in minuscolo: un newton, ma N. Il simbolo russo è Н e in un testo misto si confonde facilmente con la H latina dell’henry. Fra il numero e il simbolo si mette uno spazio unificatore.
Il prefisso chilo si scrive in minuscolo: kN, non KN. Il momento di una forza si esprime in newton-metro e, benché la sua dimensione coincida con quella del joule, non si può scambiare l’uno con l’altro: lavoro e momento sono grandezze diverse. Il chilogrammo-forza e la tonnellata-forza furono ammessi nella tecnica fino agli anni ottanta, compaiono in vecchi disegni e manuali e la norma ISO 80000-4 non li raccomanda più.
06 · Unità vicine
Il newton sta alla radice di tutto un cespuglio di unità derivate: dividetelo per un’area e viene il pascal; moltiplicatelo per un cammino e viene il joule.
newton al metro quadrato
forza
newton-metro di lavoro
Nelle schede vicine di Simetrium: pascal per la pressione, joule per il lavoro, watt per la potenza e chilogrammo — l’unità di base attraverso cui il newton è definito. Fra le unità fuori sistema stanno vicine libbra-forza e piede-libbra, che vivono nella tecnica anglosassone.
07 · Sezione storica
Con che cosa si misurava la forza prima del newton
La seconda legge del moto fu formulata senza alcuna unità di forza: Newton scriveva di proporzioni, non di numeri. Misurare la forza in qualcosa di definito servì soltanto con l’arrivo delle macchine e dei calcoli d’ingegneria.
Gli ingegneri calcolavano in chilogrammi-forza: il peso di una massa, comprensibile a occhio. I fisici preferirono il sistema centimetro-grammo-secondo con la dina, centomila volte minore del newton. I calcoli di un campo andavano tradotti per l’altro.
La nona Conferenza generale dei pesi e delle misure approvò il nome newton per la forza che porta un chilogrammo a un metro al secondo in un secondo. Nel 1960 l’unità entrò nel Sistema internazionale insieme alle altre derivate.
Il chilogrammo-forza è uscito dai documenti ma è rimasto nel parlato: la spinta di un motore si continua a dare in tonnellate e lo sforzo di una pressa in chilogrammi. La bilancia a molla del negozio mostra una massa pur misurando una forza, ed è regolata sull’accelerazione di gravità locale.
Il newton non si realizza con un campione — solo si calcola
Il chilogrammo aveva un campione, il metro un tratto su un regolo di platino; il newton non ha né può avere un oggetto-modello. L’unità è definita da tre unità di base e si realizza per calcolo: si sospende un carico di massa nota e la si moltiplica per l’accelerazione di gravità, misurata sul posto con esattezza al milionesimo. Di qui il tratto proprio della metrologia delle forze: un campione nazionale di forza è legato a un punto geografico. Spostare la macchina in un’altra città significa misurare di nuovo l’accelerazione locale, perché cambia con la latitudine, con la quota e persino con la densità delle rocce sotto le fondamenta. Un monte di duecento metri accanto al laboratorio sposta il risultato alla sesta cifra. La bilancia a giogo non conosce affatto questa preoccupazione: confronta masse, e la gravità si semplifica su entrambi i piatti — per questo pesare è più antico di millenni rispetto al misurare la forza.
Catalogo · unità di misura
Una scheda per ogni grandezza
Sette unità di base del SI, ventidue derivate con nome proprio e le unità fuori sistema senza le quali non se la cavano né la tecnica né la vita di ogni giorno. Ognuna ha il suo foglio: definizione, conversione, strumenti, regole di scrittura. In 11 lingue.
Unità derivate SI con nome proprio
scheda del newton apertaUnità di base del SI
in terracotta: chilogrammo, metro e secondo, di cui il newton è compostoUnità fuori sistema
in terracotta: unità di forza di altri sistemiLingua della scheda
11 lingue. Il simbolo N è internazionale; il nome segue il cognome e perciò cambia poco: newton, Newton, ньютон, ニュートン.