Newton
Härledd SI-enhet · storhet: kraft
01 · Definition
Den kraft som ger en massa på ett kilogram accelerationen en meter per sekund varje sekund. En blygsam storhet: ungefär med den kraften trycker ett medelstort äpple mot handflatan.
Definitionen upprepar rakt av mekanikens andra lag och kräver därför varken normal eller kalibreringsrigg: newton är helt bestämd av kilogrammet, metern och sekunden. Härifrån kommer också den förväxling som enheten är satt att röja undan. Massan är en egenskap hos kroppen och ändras ingenstans i universum; tyngden är den kraft med vilken kroppen trycker mot sitt underlag och beror på var kroppen befinner sig. Ett kilogram förblir ett kilogram även på månen, men newtonen blir där sex gånger färre. Så länge båda storheterna hette kilogram fick man hålla skillnaden i huvudet; newton flyttade ut den i beteckningen.
Likformig rörelse kräver ingen kraft: en vagn som inget bromsar rullar av sig själv. Newton behövs för att ändra farten eller hålla en kropp från att falla. En newton för ett kilogram till en meter per sekund på en sekund, tio newton accelererar samma kilogram tio gånger snabbare eller tio kilogram lika snabbt — i andra lagen är massa och acceleration likställda.
02 · Omräkning
Newton, kilopond och pundkraft
Alla faktorer är exakta per definition: kilopond och pundkraft är fastlagda genom normaltyngdaccelerationen, och dyn genom centimetern och grammet.
Kilopond är bestämt som tyngden hos ett kilogram vid normaltyngdaccelerationen, 9,806 65 meter per sekundkvadrat. Talet är en överenskommelse: den verkliga accelerationen går från 9,78 vid ekvatorn till 9,83 vid polen, så samma vikt trycker olika på vågen i Quito och i Murmansk. Industrivågar kalibreras därför på uppställningsplatsen.
| Enhet | Namn | Värde | Var den förekommer |
|---|---|---|---|
| N | newton | 1 | grundskrivsättet för kraft i SI |
| kN | kilonewton | 0,001 | byggande, dragkraft, laster |
| MN | meganewton | 1·10⁻⁶ | raketer, pressar, broar |
| mN | millinewton | 1 000 | laboratoriemätningar |
| µN | mikronewton | 1·10⁶ | mikromekanik, solsegel |
| kp | kilopond | 0,101972 | tyngden hos ett kilogram vid g₀ |
| p | pond | 101,972 | apoteks- och laboratorievågar |
| Mp | megapond | 0,000101972 | kranar, motorers dragkraft i vardagstal |
| lbf | pundkraft | 0,224809 | engelskspråkig teknik |
| ozf | unskraft | 3,59694 | små krafter, fjädrar |
| dyn | dyn | 100 000 | CGS-systemet, 1800-talets fysik |
| poundal | poundal | 7,23301 | engelskt absolut system |
| sn | sthène | 0,001 | MTS-systemet, Frankrike 1919–1961 |
Tyngden räknas vid normaltyngdaccelerationen 9,806 65 m/s²; accelerationen gäller en massa på ett ton.
03 · Storleksordningar
från dammkorn till startande raketEn newton — ett äpple i handflatan
04 · Mätinstrument
Vad man mäter kraft med
Den rakaste vägen: Hookes lag binder töjning och kraft linjärt, och skalan kan graderas direkt i newton. Noggrannheten begränsas av fjäderns elastiska eftereffekt och av temperaturen, och i produktionen blev instrumentet kvar som ett grovt mätdon.
Gallret som limmats på fjäderkroppen töjs med metallen och dess resistans ändras med bråkdelar av en procent. En bryggkoppling gör om det till spänning — så fungerar alla handels- och industrivågar, från köksvågen till vagnvågen.
De nationella metrologiinstituten realiserar newton med laster av känd massa upphängda i ett tyngdfält vars acceleration är uppmätt. De största anläggningarna når flera meganewton, och mot dem kalibreras provningslaboratoriernas givare.
Kvarts alstrar under belastning själv en laddning, och svaret hinner med en stöt på mikrosekunder. Med sådana givare mäter man skärkraft, rekyl och krocktester; statisk last håller de inte — laddningen rinner av.
05 · Skrivregler
Versalt N utan punkt
Beteckningen kommer av ett efternamn, därför skrivs den med versal, medan enhetens namn i text skrivs med gemen: en newton, men N. Den ryska beteckningen är Н och förväxlas i blandad text lätt med det latinska H för henry. Mellan tal och beteckning sätts ett hårt mellanslag.
Prefixet kilo skrivs med gemen: kN, inte KN. Kraftmomentet anges i newtonmeter, och även om dess dimension är densamma som joulens får man inte byta ut det ena mot det andra: arbete och moment är skilda storheter. Kilopond och megapond var tillåtna i tekniken fram till åttiotalet, förekommer på gamla ritningar och i handböcker och rekommenderas inte längre enligt ISO 80000-4.
06 · Grannenheter
Newton står vid roten till en hel buske av härledda enheter: dela den med en yta så får du pascal, multiplicera med en väg så får du joule.
newton per kvadratmeter
kraft
newtonmeter arbete
I Simetriums grannblad: pascal för trycket, joule för arbetet, watt för effekten och kilogram — basenheten som newton definieras genom. Av enheterna utanför SI står bredvid pundkraft och foot-pound, som lever kvar i engelskspråkig teknik.
07 · Historisk del
Vad man mätte kraft med före newton
Andra rörelselagen formulerades utan någon kraftenhet alls: Newton skrev om proportioner, inte om tal. Att mäta kraft i något bestämt blev nödvändigt först med maskinerna och ingenjörsberäkningarna.
Ingenjörerna räknade i kilopond — tyngden hos en vikt, begriplig för ögat. Fysikerna föredrog centimeter-gram-sekund-systemet med dyn, hundratusen gånger mindre än newton. Det ena lägrets beräkningar fick räknas om för det andra.
Nionde Generalkonferensen för mått och vikt fastställde namnet newton för den kraft som för ett kilogram till en meter per sekund på en sekund. År 1960 gick enheten in i Internationella systemet tillsammans med de övriga härledda.
Kilopond har lämnat dokumenten men blivit kvar i talet: motorers dragkraft anges fortfarande i ton och pressars kraft i kilogram. Fjädervågen i butiken visar massa fastän den mäter kraft, och ställs in efter den lokala tyngdaccelerationen.
Newton kan inte realiseras med en normal — bara beräknas
Kilogrammet hade en normal, metern ett streck på en platinalinjal; newton har inget föremål som förebild och kan inte ha det. Enheten är definierad genom tre basenheter och realiseras genom beräkning: man hänger upp en last med känd massa och multiplicerar den med tyngdaccelerationen, mätt på plats med miljondelars noggrannhet. Härav kraftmetrologins särdrag: en nationell kraftnormal är bunden till en geografisk punkt. Att flytta maskinen till en annan stad betyder att mäta den lokala accelerationen på nytt, för den ändras med breddgraden, höjden och till och med med bergartens täthet under grunden. Ett tvåhundra meter högt berg intill laboratoriet flyttar resultatet i sjätte siffran. Balansvågen känner inte till denna omsorg alls: den jämför massor, och tyngdkraften förkortas bort i båda skålarna — därför är vägning årtusenden äldre än kraftmätning.
Katalog · måttenheter
Ett datablad för varje storhet
Sju SI-basenheter, tjugotvå härledda med egna namn och de enheter utanför systemet som varken tekniken eller vardagen klarar sig utan. Var och en har sitt eget blad: definition, omräkning, instrument, skrivregler. På 11 språk.
Härledda SI-enheter med eget namn
newtons datablad öppetSI-basenheter
i terrakotta — kilogram, meter och sekund, som newton är byggd avEnheter utanför systemet
i terrakotta — kraftenheter från andra systemDatabladets språk
11 språk. Beteckningen N är internationell; namnet följer efternamnet och ändras därför föga: newton, Newton, ньютон, ニュートン.