ニュートン
百グラムほどの小さなりんごを手のひらにのせてみよう。手のひらはおよそ1ニュートンの力でりんごを押し上げている。りんごが落ちないためには、ちょうどそれだけ必要だ。
1687年、アイザック・ニュートンは『自然哲学の数学的諸原理』を出版した。そこには、運動の変化は加えられた力に比例すると書かれている。今日ではこれをF = m·aと書く。力の単位がニュートンの名で呼ばれたのは1948年になってから。1ニュートンは1キログラムの速さを毎秒1メートル毎秒ずつ増やす。
| 記号 | N |
| 基本単位を通して | kg·m·s⁻² |
| 1 kgの重さ | 標準のgで9.806 65 N · 月面で1.62 N |
| 名前の由来 | アイザック・ニュートン · CGPM 1948、1960年からSI |
| 規格 | ISO 80000-4 · SI文書 第9版 · ISO 376（力計） |
| 代表的な値 | 1 nN — 原子間力顕微鏡の探針 · 1 N — 102 gのりんご · 35 MN — サターンVの推力 |
01 · 定義
1キログラム、1メートル、2秒
ニュートンとは、質量1 kgの物体に1 m/s²の加速度を与える力である。ニュートンには独自の原器がない。キログラム、メートル、秒から組み立てられ、精度もそれらと同じだ。
重さも力である。物体が支えを押す力のことだ。地球では1キログラムの重さは約9.8 N、月ではその6分の1だが、質量は変わらない。だから月面では、ばねばかりは別の数字を示し、てんびんは同じ数字を示す。
1ニュートンになる砂の量
皿には、ばねがちょうど1 Nを示すだけの砂がのっている。重力が弱いほど砂は多く要る。山の高さは砂の質量、青い線は目盛りの1 Nのしるし。しるしはどの天体でも同じだ。
買う人が知りたいのは中身の物質の量、つまり質量だ。重さは場所によって変わり、赤道では極より0.5パーセント軽い。店のはかりは力を測るが、その場でおもりを使って調整されている。だから表示はグラムになる。
同じニュートンがおもりを支え、台車を加速させる
左はばねばかり。赤い矢印は物の重さ、青い矢印はばねの力。両者が等しいとき、おもりは静止している。右はレールの上の台車。後ろのプロペラが一定の力で押し、その力を青い矢印が示す。テープの点は0.1 sごとに打たれる。点の間隔が広いほど台車は速い。緑の線は1 m先のゴール。天体はおもりの重さと摩擦を変えるが、プロペラの推力は変えない。
102 gのりんごは地球上で1.00 Nの重さがある。同じニュートンが1キログラムの台車を毎秒1 m/s²ずつ加速させる。
02 · 換算
| 単位 | 値 | どこで出会うか |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
重量キログラムは、標準のgでの1キログラムの重さ。ちょうど9.806 65ニュートンである。
CGS単位系のダインはニュートンの10万分の1。1グラムに1 cm/s²の加速度を与える。
アメリカではジェットエンジンの推力が今もlbfで書かれる：100 000 lbfは445 kN。
03 · 桁の並び
04 · 測定器
05 · 表記の規則
06 · 隣り合う単位
07 · 歴史の部
自由落下は速すぎて振り子では計れない。1784年、ジョージ・アトウッドは滑車の両側にほぼ同じ重さのおもりを吊るした。わずかな差が系をゆっくり引き、加速度を秒単位で測れる。こうしてニュートンの第2法則が初めて机の上で確かめられた。
ニュートンはキログラムに支えられている。2019年からキログラムはプランク定数で定義され、力はおもりなしで実現できるようになった。キッブルバランスでは重さを電磁力でつり合わせる。各国の計量研究所は最大1 MNの実荷重式力標準機で大きな力を実現し、ISO 376に従って力計を校正している。
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