뉴턴
백 그램쯤 되는 작은 사과를 손바닥에 올려 보자. 손바닥은 약 1뉴턴의 힘으로 사과를 위로 받친다. 사과가 떨어지지 않으려면 딱 그만큼이 필요하다.
1687년 아이작 뉴턴은 『자연철학의 수학적 원리』를 펴냈다. 거기에는 운동의 변화가 가해진 힘에 비례한다고 쓰여 있다. 오늘날 이것을 F = m·a로 쓴다. 힘의 단위에 뉴턴의 이름이 붙은 것은 1948년에 와서다. 1뉴턴은 1킬로그램의 속도를 매초 1미터 매초씩 늘린다.
| 기호 | N |
| 기본 단위를 통해 | kg·m·s⁻² |
| 1 kg의 무게 | 표준 g에서 9.806 65 N · 달에서 1.62 N |
| 이름 | 아이작 뉴턴에서 따옴 · CGPM 1948, 1960년부터 SI |
| 규격 | ISO 80000-4 · SI 브로슈어 제9판 · ISO 376(힘 측정기) |
| 대표 값 | 1 nN — 원자간력 현미경의 탐침 · 1 N — 102 g 사과 · 35 MN — 새턴 V의 추력 |
01 · 정의
킬로그램, 미터, 그리고 두 번의 초
뉴턴은 질량 1 kg인 물체에 1 m/s²의 가속도를 주는 힘이다. 뉴턴에는 자기만의 원기가 없다. 킬로그램, 미터, 초로 이루어지며 정밀도도 그것들과 같다.
무게도 힘이다. 물체가 받침을 누르는 힘이다. 지구에서 1킬로그램의 무게는 약 9.8 N, 달에서는 그 6분의 1이지만 질량은 그대로다. 그래서 용수철저울은 달에서 다른 숫자를 보이고, 윗접시저울은 같은 숫자를 보인다.
1뉴턴이 되는 모래의 양
접시에는 용수철이 딱 1 N을 가리킬 만큼의 모래가 있다. 중력이 약할수록 모래가 더 필요하다. 더미의 높이는 모래의 질량, 파란 선은 눈금의 1 N 표시다. 이 표시는 모든 천체에서 같다.
사는 사람이 궁금한 것은 봉지 안 물질의 양, 즉 질량이다. 무게는 장소에 따라 다르다: 적도에서는 극지방보다 0.5퍼센트 가볍다. 가게 저울은 힘을 재지만, 그 자리에서 추로 맞춘다. 그래서 화면에는 그램이 나온다.
같은 뉴턴이 추를 붙들고 수레를 가속한다
왼쪽은 용수철 힘 측정기다. 빨간 화살표는 물체의 무게, 파란 화살표는 용수철의 힘. 둘이 같으면 추는 가만히 매달려 있다. 오른쪽은 레일 위의 수레. 뒤쪽 프로펠러가 일정한 힘으로 밀고, 파란 화살표가 그 힘을 보여 준다. 테이프의 점은 0.1 s마다 찍힌다. 점 사이가 멀수록 수레가 빠르다. 초록 선은 1 m 앞의 결승선이다. 천체는 추의 무게와 마찰을 바꾸지만 프로펠러의 추력은 바꾸지 않는다.
102 g짜리 사과는 지구에서 1.00 N의 무게를 가진다. 같은 뉴턴이 1킬로그램짜리 수레를 매초 1 m/s²씩 가속한다.
02 · 환산
| 단위 | 값 | 어디서 만나는가 |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
킬로그램힘은 표준 g에서 1킬로그램의 무게다. 정확히 9.806 65뉴턴이다.
CGS 단위계의 다인은 뉴턴의 10만분의 1이다. 1그램에 1 cm/s²의 가속도를 준다.
미국에서는 제트 엔진의 추력을 지금도 lbf로 적는다: 100 000 lbf = 445 kN.
03 · 크기의 차수
04 · 측정 기기
05 · 표기 규칙
06 · 이웃 단위
07 · 역사 부문
자유 낙하는 너무 빨라 진자로는 잴 수 없다. 1784년 조지 애트우드는 도르래 양쪽에 거의 같은 추 두 개를 매달았다. 작은 차이가 계를 천천히 끌어, 가속도를 초 단위로 잴 수 있다. 이렇게 뉴턴의 제2법칙이 처음으로 책상 위에서 검증되었다.
뉴턴은 킬로그램에 기대고 있다. 2019년부터 킬로그램은 플랑크 상수로 정의되며, 힘은 추 없이도 구현할 수 있다: 키블 저울에서는 무게를 전자기력으로 맞춘다. 각국 측정표준기관은 최대 1 MN의 실하중식 힘 표준기로 큰 힘을 구현하고, ISO 376에 따라 힘 측정기를 교정한다.
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