ニュートン
SI 組立単位 · 量：力
01 · 定義
質量1キログラムの物体に、毎秒ごとに毎秒1メートルの加速度を与える力。ささやかな量である。中くらいのりんごが手のひらを押す力が、おおよそこれにあたる。
定義は力学の第二法則をそのまま繰り返すものであり、それゆえ実物の原器も検定装置も要らない。ニュートンはキログラムとメートルと秒だけで完全に定まる。この単位が解こうとした取り違えも、まさにここから生まれる。質量は物体の性質であり、宇宙のどこでも変わらない。重さは物体が支えを押す力であり、物体がどこにあるかで変わる。キログラムは月でもキログラムのままだが、ニュートンの数は月では六分の一になる。両方の量がキログラムと呼ばれていたあいだ、その違いは頭で覚えておくほかなかった。ニュートンはそれを記号のうちに持ち出した。
等速運動に力は要らない。何にも妨げられない台車はひとりでに転がる。ニュートンが要るのは、速さを変えるとき、あるいは物体を落ちないように支えるときである。1ニュートンは1キログラムを1秒で毎秒1メートルにし、10ニュートンは同じ1キログラムを十倍速く、あるいは10キログラムを同じ速さで加速する——第二法則では質量と加速度は対等である。
02 · 換算
ニュートン、重量キログラム、ポンド力
係数はいずれも定義により厳密である。重量キログラムとポンド力は標準重力加速度で、ダインはセンチメートルとグラムで定められている。
重量キログラムは、標準重力加速度すなわち毎秒毎秒 9.806 65 メートルのもとでの1キログラムの重さと定められている。この数値は取り決めであって、実際の加速度は赤道の 9.78 から極の 9.83 まで変わる。同じ分銅でも、キトとムルマンスクでははかりを押す力が違う。産業用のはかりを据付け場所で校正するのはこのためである。
| 単位 | 名称 | 数値 | 使われる場面 |
|---|---|---|---|
| N | ニュートン | 1 | SI における力の基本表記 |
| kN | キロニュートン | 0.001 | 建設、推力、荷重 |
| MN | メガニュートン | 1·10⁻⁶ | ロケット、プレス、橋 |
| mN | ミリニュートン | 1 000 | 実験室の測定 |
| µN | マイクロニュートン | 1·10⁶ | マイクロメカニクス、ソーラーセイル |
| kgf | 重量キログラム | 0.101972 | g₀ における1キログラムの重さ |
| gf | 重量グラム | 101.972 | 薬局や実験室のはかり |
| tf | 重量トン | 0.000101972 | クレーン、口語でのエンジン推力 |
| lbf | ポンド力 | 0.224809 | 英語圏の技術 |
| ozf | オンス力 | 3.59694 | 小さな力、ばね |
| ダイン | ダイン | 100 000 | CGS 単位系、19世紀の物理学 |
| パウンダル | パウンダル | 7.23301 | 英国絶対単位系 |
| sn | ステン | 0.001 | MTS 単位系、フランス 1919–1961 |
重さは標準重力加速度 9.806 65 m/s² で計算した値、加速度は質量1トンに対する値である。
03 · 桁の並び
塵から打ち上げのロケットまで1ニュートン——手のひらのりんご
04 · 測定器
力は何で測るか
もっとも直接な道である。フックの法則は伸びと力を線形に結びつけ、目盛りはそのままニュートンで刻める。精度はばねの弾性余効と温度に縛られ、現場では粗い測定器の役どころにとどまった。
起歪体に貼られた格子は金属とともに伸び、抵抗は百分率の何分の一かだけ変わる。ブリッジ回路がそれを電圧に変える——台所のはかりから貨車の台ばかりまで、商業用・産業用のはかりはみなこの仕組みである。
各国の計量標準機関は、加速度を測った重力場に既知質量のおもりを吊るしてニュートンを実現する。最大級の装置は数メガニュートンを出し、試験所のセンサはこれによって校正される。
水晶は荷重を受けるとみずから電荷を生じ、応答はマイクロ秒の衝撃にも間に合う。切削力や反動、衝突試験はこうしたセンサで測る。静的な荷重は保てない——電荷が逃げてしまうからである。
05 · 表記の規則
大文字の N、ピリオドなし
記号は人名に由来するため大文字で書き、単位の名称は本文では小文字で書く：newton、しかし記号は N。ロシア語の記号は Н であり、混植された文ではヘンリーを表すラテン文字の H と紛れやすい。数値と記号のあいだには分割禁止の空白を置く。
接頭語のキロは小文字で書く：kN であって KN ではない。力のモーメントはニュートンメートルで表し、次元はジュールと同じでも一方を他方に置き換えてはならない。仕事とモーメントは別の量である。重量キログラムと重量トンは八十年代まで技術の場で認められ、古い図面や便覧に見られるが、ISO 80000-4 はもはや推奨していない。
06 · 隣り合う単位
ニュートンは組立単位の茂み全体の根にある。面積で割ればパスカル、道のりを掛ければジュールになる。
1平方メートルあたりのニュートン
力
仕事のニュートンメートル
Simetrium の隣の要覧では： パスカル 圧力には、 ジュール 仕事には、 ワット 仕事率には、そして キログラム ——ニュートンを定義する基本単位である。SI 以外の単位では、隣に ポンド力 と フィートポンドが並び、いずれも英語圏の技術に生きている。
07 · 歴史の部
ニュートン以前、力は何で測られていたか
第二の運動法則は力の単位をまったく持たずに述べられた。ニュートンが書いたのは比であって数ではない。力を何か定まったもので測る必要が生じたのは、機械と工学計算が現れてからである。
技術者は重量キログラムで計算した。目で見て分かる分銅の重さである。物理学者はセンチメートル・グラム・秒の系と、ニュートンの十万分の一であるダインを好んだ。一方の計算は他方のために換算しなければならなかった。
第9回国際度量衡総会は、1キログラムを1秒で毎秒1メートルに加速する力に「ニュートン」の名を定めた。1960年、この単位はほかの組立単位とともに国際単位系に入った。
重量キログラムは書類からは去ったが、ことばには残った。エンジンの推力は今もトンで言い、プレスの力はキログラムで言う。店のばねばかりは力を測っていながら質量を示し、その土地の重力加速度に合わせて調整される。
ニュートンは原器では実現できない——計算するほかない
キログラムには原器があり、メートルには白金の定規に刻まれた線があった。ニュートンには手本となる品物がなく、ありえない。この単位は三つの基本単位で定義され、計算によって実現される。既知質量のおもりを吊るし、据付け場所で百万分の一の精度で測った重力加速度を掛けるのである。力の計量の特徴はここから来る。国家の力標準は地理上の一点に結びついている。装置を別の都市へ移すとは、その土地の加速度を測り直すことにほかならない。加速度は緯度や高度、さらには基礎の下の岩の密度によっても変わるからである。実験室のそばに二百メートルの山があれば、結果は六桁目で動く。天秤はこの気苦労をまったく知らない。質量どうしを比べるので、重力は両方の皿で打ち消し合う——だからこそ、はかることは力を測ることより数千年古いのである。
カタログ · 測定単位
それぞれの量に一つの要覧
SI の基本単位が七つ、固有の名をもつ組立単位が二十二、そして技術にも暮らしにも欠かせないSI 以外の単位。どれにも一葉ずつ：定義、換算、測定器、表記の規則。32 言語で。
固有の名をもつ SI 組立単位
ニュートンの要覧を開いていますSI 基本単位
テラコッタ色は、ニュートンを組み立てるキログラム・メートル・秒SI 以外の単位
テラコッタ色は、ほかの単位系の力の単位要覧の言語
32 言語。記号 N は国際的であり、名称は人名に従うため変化は小さい：newton, Newton, ньютон, ニュートン。