Newton
Odvodená jednotka SI · veličina: sila
01 · Definícia
Sila, ktorá udelí hmotnosti jedného kilogramu zrýchlenie jeden meter za sekundu každú sekundu. Skromná veličina: približne takouto silou tlačí na dlaň stredne veľké jablko.
Definícia priamo opakuje druhý pohybový zákon, a preto nevyžaduje ani etalón, ani overovacie zariadenie: newton je celkom určený kilogramom, metrom a sekundou. Odtiaľ pochádza aj hlavný zmätok, ktorý má jednotka odstrániť. Hmotnosť je vlastnosť telesa a nemení sa nikde vo vesmíre; tiaž je sila, ktorou teleso tlačí na podložku, a závisí od toho, kde sa teleso nachádza. Kilogram zostáva kilogramom aj na Mesiaci, ale newtonov je tam šesťkrát menej. Kým sa obe veličiny volali kilogram, rozdiel bolo treba držať v hlave; newton ho vyniesol do značky.
Rovnomerný pohyb silu nepotrebuje: vozík, ktorý nič nebrzdí, sa kotúľa sám. Newtony treba na zmenu rýchlosti alebo na udržanie telesa pred pádom. Jeden newton rozbehne kilogram na meter za sekundu počas jednej sekundy, desať newtonov rozbehne ten istý kilogram desaťkrát rýchlejšie alebo desať kilogramov rovnako rýchlo — v druhom zákone sú hmotnosť a zrýchlenie rovnocenné.
02 · Prevod
Newtony, kilopondy a libry sily
Všetky súčinitele sú presné z definície: kilopond a libra sily sú určené normálnym tiažovým zrýchlením a dyn centimetrom a gramom.
Kilopond je určený ako tiaž kilogramu pri normálnom tiažovom zrýchlení, 9,806 65 metra za sekundu na druhú. Číslo je dohoda: skutočné zrýchlenie sa mení od 9,78 na rovníku po 9,83 na póle, takže to isté závažie tlačí na váhu inak v Quite a inak v Murmansku. Priemyselné váhy sa preto kalibrujú na mieste inštalácie.
| Jednotka | Názov | Hodnota | Kde sa vyskytuje |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | základný zápis sily v SI |
| kN | kilonewton | 0,001 | stavebníctvo, ťah, zaťaženia |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | rakety, lisy, mosty |
| mN | milinewton | 1 000 | laboratórne merania |
| µN | mikronewton | 1·10⁶ | mikromechanika, slnečná plachta |
| kp | kilopond | 0,101972 | tiaž kilogramu pri g₀ |
| p | pond | 101,972 | lekárenské a laboratórne váhy |
| Mp | megapond | 0,000101972 | žeriavy, ťah motorov v hovore |
| lbf | libra sily | 0,224809 | anglofónna technika |
| ozf | unca sily | 3,59694 | malé sily, pružiny |
| dyn | dyn | 100 000 | sústava CGS, fyzika 19. storočia |
| poundal | poundal | 7,23301 | anglická absolútna sústava |
| sn | sthéne | 0,001 | sústava MTS, Francúzsko 1919–1961 |
Tiaž sa počíta pri normálnom tiažovom zrýchlení 9,806 65 m/s²; zrýchlenie platí pre hmotnosť jednej tony.
03 · Rády veličín
od zrnka prachu po štartujúcu raketuJeden newton — jablko na dlani
04 · Meracie prístroje
Čím sa meria sila
Najpriamejšia cesta: Hookov zákon spája predĺženie a silu lineárne a stupnicu možno deliť rovno v newtonoch. Presnosť obmedzuje pružné dopruženie a teplota, a tak prístroj zostal vo výrobe hrubým meradlom.
Mriežka nalepená na pružnom člene sa naťahuje spolu s kovom a jej odpor sa mení o zlomky percenta. Mostíkové zapojenie z toho urobí napätie — tak fungujú všetky obchodné aj priemyselné váhy, od kuchynskej po vagónovú.
Národné metrologické inštitúty realizujú newton bremenami so známou hmotnosťou zavesenými v tiažovom poli s premeraným zrýchlením. Najväčšie zariadenia vyvinú niekoľko meganewtonov a podľa nich sa kalibrujú snímače skúšobných laboratórií.
Kremeň pod zaťažením sám vytvorí náboj a odozva stačí rázu trvajúcemu mikrosekundy. Takýmito snímačmi sa meria rezná sila, spätný ráz a nárazové skúšky; statické zaťaženie neudržia — náboj odtečie.
05 · Pravidlá zápisu
Veľké N bez bodky
Značka je odvodená od priezviska, preto sa píše veľkým písmenom, kým názov jednotky v texte malým: newton, ale N. Ruská značka je Н a v zmiešanom texte sa ľahko zamení s latinským H pre henry. Medzi číslo a značku sa kladie nezlomiteľná medzera.
Predpona kilo sa píše malým písmenom: kN, nie KN. Moment sily sa udáva v newtonmetroch, a hoci má rovnaký rozmer ako joule, jedno nemožno zamieňať za druhé: práca a moment sú rôzne veličiny. Kilopond a megapond boli v technike pripustené až do osemdesiatych rokov, vyskytujú sa na starých výkresoch a v príručkách a norma ISO 80000-4 ich už neodporúča.
06 · Susedné jednotky
Newton stojí pri koreni celého kríka odvodených jednotiek: vydeľte ho plochou — vyjde pascal, vynásobte dráhou — vyjde joule.
newton na meter štvorcový
sila
newtonmeter práce
V susedných listoch Simetria: pascal pre tlak, joule pre prácu, watt pre výkon a kilogram — základná jednotka, ktorou je newton definovaný. Z jednotiek mimo sústavy stoja vedľa libra sily a stopolibra, ktoré žijú v anglofónnej technike.
07 · Historický oddiel
Čím sa merala sila pred newtonom
Druhý pohybový zákon bol vyslovený bez akejkoľvek jednotky sily: Newton písal o pomeroch, nie o číslach. Merať silu v niečom určitom bolo potrebné až s príchodom strojov a inžinierskych výpočtov.
Inžinieri počítali v kilopondoch — tiaži závažia, pochopiteľnej okom. Fyzici dali prednosť sústave centimeter-gram-sekunda s dynom, stotisíckrát menším než newton. Výpočty jedného tábora sa museli pre druhý prepočítavať.
Deviata generálna konferencia pre váhy a miery schválila názov newton pre silu, ktorá rozbehne kilogram na meter za sekundu počas jednej sekundy. V roku 1960 jednotka vstúpila do Medzinárodnej sústavy spolu s ostatnými odvodenými.
Kilopond odišiel z dokumentov, ale zostal v reči: ťah motora sa naďalej udáva v tonách a sila lisu v kilogramoch. Pružinová váha v obchode ukazuje hmotnosť, hoci meria silu, a nastavuje sa na miestne tiažové zrýchlenie.
Newton sa nedá realizovať etalónom — len vypočítať
Kilogram mal etalón, meter čiarku na platinovom pravítku; newton nemá a mať nemôže predmet ako vzor. Jednotka je definovaná tromi základnými a realizuje sa výpočtom: zavesí sa bremeno so známou hmotnosťou a vynásobí sa tiažovým zrýchlením, zmeraným na mieste inštalácie s presnosťou na milióntiny. Odtiaľ zvláštnosť silovej metrológie: národný etalón sily je viazaný na zemepisný bod. Presťahovať stroj do iného mesta znamená znova zmerať miestne zrýchlenie, lebo sa mení so zemepisnou šírkou, s nadmorskou výškou, ba aj s hustotou hornín pod základmi. Dvestometrový vrch vedľa laboratória posunie výsledok na šiestom mieste. Rovnoramenná váha túto starosť nepozná vôbec: porovnáva hmotnosti a tiažová sila sa na oboch miskách skráti — preto je váženie o tisícročia staršie než meranie sily.
Katalóg · meracie jednotky
List pre každú veličinu
Sedem základných jednotiek SI, dvadsaťdva odvodených s vlastnými názvami a jednotky mimo sústavy, bez ktorých sa nezaobíde technika ani bežný život. Každá má svoj list: definícia, prevod, prístroje, pravidlá zápisu. V 32 jazykoch.
Odvodené jednotky SI s vlastným názvom
otvorený list newtonuZákladné jednotky SI
terakotou — kilogram, meter a sekunda, z ktorých je newton zloženýJednotky mimo sústavy
terakotou — jednotky sily iných sústavJazyk listu
32 jazykov. Značka N je medzinárodná; názov ide za priezviskom, a preto sa mení málo: newton, Newton, ньютон, ニュートン.