Newton
Unidade derivada do SI · grandeza: força
01 · Definição
A força que comunica a uma massa de um quilograma uma aceleração de um metro por segundo a cada segundo. Grandeza modesta: é mais ou menos a força com que uma maçã média carrega sobre a palma.
A definição repete directamente a segunda lei da mecânica e por isso não exige padrão nem bancada de verificação: o newton fica inteiramente fixado pelo quilograma, pelo metro e pelo segundo. Daí nasce também a confusão que a unidade vem desfazer. A massa é uma propriedade do corpo e não muda em parte alguma do Universo; o peso é a força com que o corpo carrega sobre o apoio e depende de onde o corpo se encontra. Um quilograma continua a ser um quilograma na Lua, mas os newtons ali tornam-se seis vezes menores. Enquanto ambas as grandezas se chamavam quilogramas, era preciso guardar a diferença de cabeça; o newton levou-a para o símbolo.
O movimento uniforme não precisa de força: um carrinho que nada trava rola sozinho. Os newtons servem para mudar a velocidade ou para segurar um corpo que cairia. Um newton leva um quilograma a um metro por segundo em um segundo; dez newtons aceleram esse mesmo quilograma dez vezes mais depressa, ou então dez quilogramas ao mesmo ritmo — na segunda lei, massa e aceleração estão em pé de igualdade.
02 · Conversão
Newtons, quilogramas-força e libras-força
Todos os coeficientes são exactos por definição: o quilograma-força e a libra-força são fixados pela aceleração normal da gravidade, e o dine, pelo centímetro e pelo grama.
O quilograma-força define-se como o peso de um quilograma sob a aceleração normal da gravidade, 9,806 65 metros por segundo quadrado. O número é convencional: a aceleração real vai de 9,78 no equador a 9,83 no polo, de modo que o mesmo peso carrega de maneira diferente sobre a balança em Quito e em Murmansque. Por isso as balanças industriais são calibradas no local de instalação.
| Unidade | Nome | Valor | Onde aparece |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | escrita de base da força no SI |
| kN | quilonewton | 0,001 | construção, impulso, cargas |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | foguetões, prensas, pontes |
| mN | milinewton | 1 000 | medições de laboratório |
| µN | micronewton | 1·10⁶ | micromecânica, vela solar |
| kgf | quilograma-força | 0,101972 | peso de um quilograma sob g₀ |
| gf | grama-força | 101,972 | balanças de farmácia e de laboratório |
| tf | tonelada-força | 0,000101972 | gruas, impulso de motores na linguagem corrente |
| lbf | libra-força | 0,224809 | técnica anglófona |
| ozf | onça-força | 3,59694 | esforços pequenos, molas |
| dine | dine | 100 000 | sistema CGS, física do século XIX |
| poundal | poundal | 7,23301 | sistema absoluto inglês |
| sn | estena | 0,001 | sistema MTS, França 1919–1961 |
O peso é calculado com a aceleração normal da gravidade 9,806 65 m/s²; a aceleração, para uma massa de uma tonelada.
03 · Ordens de grandeza
do grão de poeira ao foguetão a descolarUm newton — uma maçã na palma da mão
04 · Instrumentos de medição
Com que se mede a força
O caminho mais directo: a lei de Hooke liga o alongamento à força de modo linear, e a escala pode ser graduada em newtons sem intermediários. A exactidão é limitada pela fluência elástica da mola e pela temperatura; na produção o aparelho ficou como medidor grosseiro.
A grelha colada ao corpo elástico estica-se com o metal e a sua resistência varia em fracções de por cento. Uma ponte de medida transforma isso em tensão — assim funcionam todas as balanças comerciais e industriais, da balança de cozinha à de vagões.
Os institutos nacionais de metrologia realizam o newton com cargas de massa conhecida suspensas num campo gravítico de aceleração medida. As maiores instalações atingem vários meganewtons e com elas calibram-se os sensores dos laboratórios de ensaio.
Sob carga, o quartzo gera por si próprio uma carga eléctrica, e a resposta acompanha um choque de microssegundos. Com estes sensores medem-se a força de corte, o recuo e os ensaios de colisão; carga estática não seguram — a carga escoa-se.
05 · Regras de escrita
N maiúsculo, sem ponto
O símbolo vem de um apelido, por isso a sua letra é maiúscula, enquanto o nome da unidade se escreve em minúscula: um newton, mas N. O símbolo russo é Н e, em texto misto, confunde-se facilmente com o H latino do henry. Entre o número e o símbolo põe-se um espaço inquebrável.
O prefixo quilo escreve-se em minúscula: kN, não KN. O momento de uma força exprime-se em newton-metro e, embora a sua dimensão coincida com a do joule, não se pode trocar um pelo outro: trabalho e momento são grandezas distintas. O quilograma-força e a tonelada-força foram admitidos na técnica até aos anos oitenta, aparecem em desenhos e manuais antigos e a norma ISO 80000-4 já não os recomenda.
06 · Unidades vizinhas
O newton está na raiz de todo um tufo de unidades derivadas: divida-o por uma área e sai o pascal; multiplique-o por um percurso e sai o joule.
newton por metro quadrado
força
newton-metro de trabalho
Nas fichas vizinhas do Simetrium: pascal para a pressão, joule para o trabalho, watt para a potência e quilograma — a unidade de base pela qual o newton é definido. Das unidades fora do SI estão ao lado libra-força e pé-libra, que vivem na técnica anglófona.
07 · Secção histórica
Com que se media a força antes do newton
A segunda lei do movimento foi formulada sem unidade alguma de força: Newton escrevia sobre proporções, não sobre números. Medir a força em algo definido só se tornou necessário com a chegada das máquinas e dos cálculos de engenharia.
Os engenheiros contavam em quilogramas-força — o peso de um peso, compreensível a olho. Os físicos preferiram o sistema centímetro-grama-segundo com o dine, cem mil vezes menor que o newton. Os cálculos de um campo tinham de ser traduzidos para o outro.
A nona Conferência Geral de Pesos e Medidas aprovou o nome newton para a força que leva um quilograma a um metro por segundo em um segundo. Em 1960 a unidade entrou no Sistema Internacional juntamente com as restantes derivadas.
O quilograma-força saiu dos documentos, mas ficou na fala: ao impulso de um motor continua a chamar-se toneladas e ao esforço de uma prensa, quilogramas. A balança de mola da loja mostra massa embora meça força, e é ajustada à aceleração local da gravidade.
O newton não se realiza com um padrão — apenas se calcula
O quilograma teve um protótipo; o metro, um traço numa régua de platina; o newton não tem nem pode ter um objecto-modelo. A unidade é definida por três unidades de base e realiza-se por cálculo: suspende-se uma carga de massa conhecida e multiplica-se pela aceleração da gravidade, medida no próprio local com exactidão de milionésimos. Daí a particularidade da metrologia das forças: um padrão nacional de força está preso a um ponto geográfico. Levar a máquina para outra cidade significa medir de novo a aceleração local, porque ela muda com a latitude, a altitude e até com a densidade das rochas sob os alicerces. Um monte de duzentos metros junto ao laboratório desloca o resultado na sexta casa. A balança de travessão desconhece por completo esta preocupação: compara massas, e a gravidade simplifica-se nos dois pratos — por isso pesar é milénios mais antigo do que medir força.
Catálogo · unidades de medida
Uma ficha para cada grandeza
Sete unidades de base do SI, vinte e duas derivadas com nome próprio e as unidades fora do sistema sem as quais não passam nem a técnica nem o dia a dia. Cada uma tem a sua folha: definição, conversão, instrumentos, regras de escrita. Em 11 idiomas.
Unidades derivadas do SI com nome próprio
ficha do newton abertaUnidades de base do SI
a terracota: quilograma, metro e segundo, com que o newton é compostoUnidades fora do sistema
a terracota: unidades de força de outros sistemasIdioma da ficha
11 idiomas. O símbolo N é internacional; o nome segue o apelido e por isso muda pouco: newton, Newton, ньютон, ニュートン.