Newton
Afgeleide SI-eenheid · grootheid: kracht
01 · Definitie
De kracht die een massa van één kilogram een versnelling van één meter per seconde per seconde geeft. Een bescheiden grootheid: met ongeveer deze kracht drukt een middelgrote appel op de handpalm.
De definitie herhaalt rechtstreeks de tweede wet van de mechanica en vraagt daarom noch een standaard noch een ijkopstelling: de newton ligt volledig vast door de kilogram, de meter en de seconde. Daaruit komt ook de verwarring voort die de eenheid moet wegnemen. Massa is een eigenschap van het lichaam en verandert nergens in het heelal; gewicht is de kracht waarmee het lichaam op zijn steun drukt en hangt af van waar het lichaam zich bevindt. Een kilogram blijft ook op de maan een kilogram, maar de newton worden daar zes keer kleiner. Zolang beide grootheden kilogram heetten, moest men het verschil in het hoofd houden; de newton heeft het in het symbool gezet.
Eenparige beweging vraagt geen kracht: een karretje dat niets afremt, rolt vanzelf. Newton zijn nodig om de snelheid te veranderen of een lichaam voor vallen te behoeden. Eén newton brengt een kilogram in één seconde op één meter per seconde; tien newton versnellen diezelfde kilogram tien keer sneller, of tien kilogram even snel — in de tweede wet zijn massa en versnelling gelijkwaardig.
02 · Omrekening
Newton, kilogramkracht en pondkracht
Alle factoren zijn per definitie exact: de kilogramkracht en de pondkracht zijn vastgelegd met de normvalversnelling, de dyne met de centimeter en de gram.
De kilogramkracht is bepaald als het gewicht van één kilogram bij de normvalversnelling, 9,806 65 meter per seconde kwadraat. Het getal is een afspraak: de werkelijke versnelling loopt van 9,78 op de evenaar tot 9,83 op de pool, zodat hetzelfde gewicht in Quito anders op de weegschaal drukt dan in Moermansk. Industriële weegschalen worden daarom op de plaats van opstelling geijkt.
| Eenheid | Naam | Waarde | Waar je haar tegenkomt |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | de SI-schrijfwijze van kracht |
| kN | kilonewton | 0,001 | bouw, stuwkracht, belastingen |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | raketten, persen, bruggen |
| mN | millinewton | 1 000 | laboratoriummetingen |
| µN | micronewton | 1·10⁶ | micromechanica, zonnezeil |
| kgf | kilogramkracht | 0,101972 | gewicht van één kilogram bij g₀ |
| gf | gramkracht | 101,972 | apotheek- en laboratoriumweegschalen |
| tf | tonkracht | 0,000101972 | kranen, motorstuwkracht in de spreektaal |
| lbf | pondkracht | 0,224809 | Engelstalige techniek |
| ozf | onskracht | 3,59694 | kleine krachten, veren |
| dyne | dyne | 100 000 | CGS-stelsel, natuurkunde van de 19e eeuw |
| poundal | poundal | 7,23301 | Engels absoluut stelsel |
| sn | sthène | 0,001 | MTS-stelsel, Frankrijk 1919–1961 |
Het gewicht geldt bij de normvalversnelling 9,806 65 m/s²; de versnelling voor een massa van één ton.
03 · Ordes van grootte
van stofdeeltje tot startende raketEén newton — een appel op de handpalm
04 · Meetinstrumenten
Waarmee kracht wordt gemeten
De meest rechtstreekse weg: de wet van Hooke verbindt uitrekking en kracht lineair, en de schaal kan meteen in newton worden verdeeld. De nauwkeurigheid wordt begrensd door de elastische nawerking van de veer en door de temperatuur; in de productie bleef het toestel een grove meter.
Het op het veerlichaam geplakte roostertje rekt mee met het metaal en zijn weerstand verandert met fracties van een procent. Een brugschakeling maakt daar een spanning van — zo werken alle handels- en industriële weegschalen, van de keukenweegschaal tot de wagonweegbrug.
De nationale metrologische instituten realiseren de newton met lasten van bekende massa die hangen in een zwaartekrachtveld waarvan de versnelling gemeten is. De grootste opstellingen halen enkele meganewton; daarmee worden de opnemers van beproevingslaboratoria geijkt.
Kwarts wekt onder belasting zelf een lading op, en het antwoord houdt een stoot van microseconden bij. Met zulke opnemers meet men snijkracht, terugslag en botsproeven; een statische belasting houden ze niet vast — de lading lekt weg.
05 · Schrijfregels
Hoofdletter N zonder punt
Het symbool komt van een familienaam, daarom staat het met een hoofdletter, terwijl de naam van de eenheid met een kleine letter wordt geschreven: een newton, maar N. Het Russische symbool is Н en is in gemengde tekst gemakkelijk te verwarren met de Latijnse H van de henry. Tussen het getal en het symbool staat een vaste spatie.
Het voorvoegsel kilo wordt met een kleine letter geschreven: kN, niet KN. Het krachtmoment wordt in newtonmeter gegeven en hoewel de dimensie ervan gelijk is aan die van de joule, mag men het ene niet voor het andere gebruiken: arbeid en moment zijn verschillende grootheden. De kilogramkracht en de tonkracht waren in de techniek tot in de jaren tachtig toegestaan, komen voor in oude tekeningen en handboeken en worden door ISO 80000-4 niet meer aanbevolen.
06 · Naburige eenheden
De newton staat aan de wortel van een hele struik afgeleide eenheden: deel hem door een oppervlak en je krijgt de pascal; vermenigvuldig hem met een weg en je krijgt de joule.
newton per vierkante meter
kracht
newtonmeter arbeid
In de naburige fiches van Simetrium: pascal voor de druk, joule voor de arbeid, watt voor het vermogen en kilogram — de basiseenheid waarmee de newton is gedefinieerd. Van de eenheden buiten het SI staan ernaast pondkracht en voet-pond, die in de Engelstalige techniek voortleven.
07 · Historisch deel
Waarmee kracht vóór de newton werd gemeten
De tweede bewegingswet werd geformuleerd zonder enige krachteenheid: Newton schreef over verhoudingen, niet over getallen. Kracht in iets bepaalds meten werd pas nodig met de komst van machines en ingenieursberekeningen.
Ingenieurs rekenden in kilogramkracht — het gewicht van een gewichtsstuk, met het oog te vatten. Natuurkundigen gaven de voorkeur aan het centimeter-gram-seconde-stelsel met de dyne, honderdduizend keer kleiner dan de newton. De berekeningen van het ene kamp moesten voor het andere worden omgezet.
De negende Algemene Conferentie over Maten en Gewichten bekrachtigde de naam newton voor de kracht die een kilogram in één seconde op één meter per seconde brengt. In 1960 trad de eenheid samen met de overige afgeleide eenheden toe tot het Internationale Stelsel.
De kilogramkracht is uit de documenten verdwenen maar in de spreektaal gebleven: de stuwkracht van een motor wordt nog steeds in tonnen genoemd en de perskracht in kilogram. De veerweegschaal in de winkel toont massa hoewel ze kracht meet, en wordt op de plaatselijke valversnelling afgeregeld.
De newton is niet met een standaard te realiseren — alleen te berekenen
De kilogram had een prototype, de meter een streep op een platina liniaal; de newton heeft geen voorwerp als model en kan dat ook niet hebben. De eenheid is met drie basiseenheden gedefinieerd en wordt door berekening gerealiseerd: men hangt een last van bekende massa op en vermenigvuldigt die met de valversnelling, ter plaatse gemeten tot op miljoensten. Vandaar het eigene van de krachtmetrologie: een nationale krachtstandaard is gebonden aan een geografisch punt. De machine naar een andere stad brengen betekent de plaatselijke versnelling opnieuw meten, want ze verandert met de breedtegraad, de hoogte en zelfs met de dichtheid van het gesteente onder het fundament. Een berg van tweehonderd meter naast het laboratorium verschuift de uitkomst in het zesde cijfer. De balansweegschaal kent deze zorg in het geheel niet: ze vergelijkt massa’s, en de zwaartekracht valt in beide schalen weg — daarom is wegen millennia ouder dan het meten van kracht.
Catalogus · meeteenheden
Een fiche voor elke grootheid
Zeven SI-basiseenheden, tweeëntwintig afgeleide met een eigen naam en de eenheden buiten het stelsel waar techniek noch dagelijks leven het zonder stelt. Elk heeft haar eigen blad: definitie, omrekening, instrumenten, schrijfregels. In 11 talen.
Afgeleide SI-eenheden met een eigen naam
fiche van de newton geopendSI-basiseenheden
in terracotta: kilogram, meter en seconde, waaruit de newton is samengesteldEenheden buiten het stelsel
in terracotta: krachteenheden van andere stelselsTaal van de fiche
11 talen. Het symbool N is internationaal; de naam volgt de familienaam en verandert daarom nauwelijks: newton, Newton, ньютон, ニュートン.