Newton
Unitate SI derivată · mărime: forță
01 · Definiție
Forța care imprimă unei mase de un kilogram accelerația de un metru pe secundă în fiecare secundă. Mărime modestă: cam cu atâta forță apasă pe palmă un măr de mărime mijlocie.
Definiția reia direct legea a doua a mecanicii și de aceea nu cere nici etalon, nici bancă de verificare: newtonul este determinat în întregime de kilogram, metru și secundă. De aici vine și confuzia pe care unitatea este chemată să o înlăture. Masa este o însușire a corpului și nu se schimbă nicăieri în Univers; greutatea este forța cu care corpul apasă pe reazem și depinde de locul unde se află corpul. Un kilogram rămâne un kilogram și pe Lună, dar newtonii devin acolo de șase ori mai puțini. Câtă vreme ambele mărimi se numeau kilograme, diferența trebuia ținută minte; newtonul a scos-o în simbol.
Mișcarea uniformă nu cere forță: un cărucior pe care nimic nu-l frânează se rostogolește singur. Newtonii sunt necesari ca să schimbi viteza sau să ții un corp să nu cadă. Un newton duce un kilogram la un metru pe secundă într-o secundă, iar zece newtoni accelerează același kilogram de zece ori mai repede sau zece kilograme la fel de repede — în legea a doua, masa și accelerația sunt deopotrivă.
02 · Conversie
Newtoni, kilograme-forță și livre-forță
Toți coeficienții sunt exacți prin definiție: kilogramul-forță și livra-forță sunt fixate prin accelerația gravitațională normală, iar dyna prin centimetru și gram.
Kilogramul-forță este definit ca greutatea unui kilogram la accelerația gravitațională normală, 9,806 65 metri pe secundă la pătrat. Numărul este o convenție: accelerația reală merge de la 9,78 la ecuator până la 9,83 la pol, așa încât aceeași greutate apasă altfel pe cântar la Quito și la Murmansk. De aceea cântarele industriale se etalonează la locul instalării.
| Unitate | Denumire | Valoare | Unde apare |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | scrierea de bază a forței în SI |
| kN | kilonewton | 0,001 | construcții, tracțiune, sarcini |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | rachete, prese, poduri |
| mN | milinewton | 1 000 | măsurări de laborator |
| µN | micronewton | 1·10⁶ | micromecanică, velă solară |
| kgf | kilogram-forță | 0,101972 | greutatea unui kilogram la g₀ |
| gf | gram-forță | 101,972 | cântare de farmacie și de laborator |
| tf | tonă-forță | 0,000101972 | macarale, tracțiunea motoarelor în vorbirea curentă |
| lbf | livră-forță | 0,224809 | tehnica anglofonă |
| ozf | uncie-forță | 3,59694 | forțe mici, arcuri |
| dyna | dyna | 100 000 | sistemul CGS, fizica secolului al XIX-lea |
| poundal | poundal | 7,23301 | sistemul absolut englez |
| sn | sten | 0,001 | sistemul MTS, Franța 1919–1961 |
Greutatea se calculează la accelerația gravitațională normală 9,806 65 m/s²; accelerația, pentru o masă de o tonă.
03 · Ordine de mărime
de la firul de praf la racheta care decoleazăUn newton — un măr în palmă
04 · Instrumente de măsură
Cu ce se măsoară forța
Calea cea mai directă: legea lui Hooke leagă alungirea de forță în chip liniar, iar scara poate fi gradată direct în newtoni. Exactitatea e mărginită de postelasticitatea arcului și de temperatură, așa că în producție aparatul a rămas un instrument grosier.
Grila lipită pe elementul elastic se întinde odată cu metalul, iar rezistența ei se schimbă cu fracțiuni de procent. O punte de măsură transformă asta în tensiune — așa lucrează toate cântarele comerciale și industriale, de la cel de bucătărie la cel de vagoane.
Institutele naționale de metrologie realizează newtonul cu sarcini de masă cunoscută, atârnate într-un câmp gravitațional cu accelerația măsurată. Cele mai mari instalații dezvoltă câțiva meganewtoni și după ele se etalonează traductoarele laboratoarelor de încercări.
Sub sarcină, cuarțul naște singur o sarcină electrică, iar răspunsul ține pasul cu un șoc de microsecunde. Cu astfel de traductoare se măsoară forța de așchiere, reculul și încercările de impact; sarcina statică nu o țin — sarcina electrică se scurge.
05 · Reguli de scriere
N majuscul, fără punct
Simbolul e format dintr-un nume de familie, de aceea se scrie cu majusculă, în timp ce denumirea unității în text se scrie cu literă mică: un newton, dar N. Simbolul rusesc este Н și, într-un text amestecat, se confundă lesne cu H-ul latin al henry-ului. Între număr și simbol se pune un spațiu neîntrerupt.
Prefixul kilo se scrie cu literă mică: kN, nu KN. Momentul forței se exprimă în newton-metru și, deși are aceeași dimensiune ca joule-ul, nu se poate înlocui unul cu altul: lucrul mecanic și momentul sunt mărimi diferite. Kilogramul-forță și tona-forță au fost admise în tehnică până în anii optzeci, apar în desene și îndrumare vechi și nu mai sunt recomandate de norma ISO 80000-4.
06 · Unități vecine
Newtonul stă la rădăcina unui întreg tufiș de unități derivate: împărțiți-l la o arie și iese pascalul; înmulțiți-l cu un drum și iese joule-ul.
newton pe metru pătrat
forță
newton-metru de lucru mecanic
În fișele vecine din Simetrium: pascal pentru presiune, joule pentru lucrul mecanic, watt pentru putere și kilogram — unitatea fundamentală prin care este definit newtonul. Dintre unitățile din afara SI stau alături livră-forță și picior-livră, care trăiesc în tehnica anglofonă.
07 · Secțiune istorică
Cu ce se măsura forța înainte de newton
Legea a doua a mișcării a fost formulată fără nicio unitate de forță: Newton scria despre proporții, nu despre numere. Măsurarea forței în ceva anume a devenit necesară abia odată cu mașinile și cu calculele inginerești.
Inginerii socoteau în kilograme-forță — greutatea unei mase, limpede pentru ochi. Fizicienii au preferat sistemul centimetru-gram-secundă cu dyna, de o sută de mii de ori mai mică decât newtonul. Calculele unei tabere trebuiau convertite pentru cealaltă.
A noua Conferință Generală de Măsuri și Greutăți a aprobat denumirea newton pentru forța care duce un kilogram la un metru pe secundă într-o secundă. În 1960 unitatea a intrat în Sistemul Internațional împreună cu celelalte derivate.
Kilogramul-forță a plecat din documente, dar a rămas în vorbire: tracțiunea unui motor se dă și acum în tone, iar forța unei prese în kilograme. Cântarul cu arc din magazin arată masa deși măsoară forța, și se reglează după accelerația gravitațională locală.
Newtonul nu poate fi realizat cu un etalon — doar calculat
Kilogramul a avut un etalon, metrul o linie pe o riglă de platină; newtonul nu are și nu poate avea un obiect-model. Unitatea e definită prin trei unități fundamentale și se realizează prin calcul: se atârnă o sarcină de masă cunoscută și se înmulțește cu accelerația gravitațională, măsurată chiar la fața locului cu exactitate de milionimi. De aici particularitatea metrologiei forței: un etalon național de forță este legat de un punct geografic. A muta mașina în alt oraș înseamnă a măsura din nou accelerația locală, fiindcă ea se schimbă cu latitudinea, cu altitudinea și chiar cu densitatea rocilor de sub fundație. Un munte de două sute de metri lângă laborator mută rezultatul la a șasea cifră. Balanța cu brațe nu cunoaște deloc această grijă: ea compară mase, iar gravitația se simplifică în ambele talere — de aceea cântărirea e cu milenii mai veche decât măsurarea forței.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și unitățile din afara sistemului fără de care nu se descurcă nici tehnica, nici viața de zi cu zi. Fiecare are foaia ei: definiție, conversie, instrumente, reguli de scriere. În 32 de limbi.
Unități SI derivate cu nume propriu
fișa newtonului deschisăUnități fundamentale SI
cu teracotă — kilogramul, metrul și secunda, din care e alcătuit newtonulUnități din afara sistemului
cu teracotă — unități de forță ale altor sistemeLimba fișei
32 de limbi. Simbolul N este internațional; denumirea urmează numele de familie și de aceea se schimbă puțin: newton, Newton, ньютон, ニュートン.