นิวตัน
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอ · ปริมาณ: แรง
01 · นิยาม
แรงที่ทำให้มวลหนึ่งกิโลกรัมมีความเร็วเพิ่มขึ้นหนึ่งเมตรต่อวินาทีในทุกวินาที เป็นปริมาณไม่มากนัก แอปเปิลขนาดกลางกดลงบนฝ่ามือด้วยแรงราวเท่านี้
นิยามนี้ทวนกฎข้อที่สองของกลศาสตร์โดยตรง จึงไม่ต้องมีมาตรฐานที่เป็นวัตถุและไม่ต้องมีชุดสอบเทียบ นิวตันถูกกำหนดครบถ้วนด้วยกิโลกรัม เมตร และวินาที ความสับสนที่หน่วยนี้เกิดมาเพื่อขจัดก็มาจากตรงนี้เอง มวลเป็นสมบัติของวัตถุและไม่เปลี่ยนไม่ว่าที่ใดในเอกภพ ส่วนน้ำหนักคือแรงที่วัตถุกดลงบนที่รองรับ และขึ้นกับว่าวัตถุอยู่ที่ใด หนึ่งกิโลกรัมบนดวงจันทร์ก็ยังเป็นหนึ่งกิโลกรัม แต่จำนวนนิวตันที่นั่นน้อยลงหกเท่า ตราบใดที่ทั้งสองปริมาณยังเรียกว่ากิโลกรัม ความต่างนั้นต้องจำไว้ในใจ นิวตันได้ยกมันออกมาไว้ในสัญลักษณ์
การเคลื่อนที่สม่ำเสมอไม่ต้องใช้แรง รถเข็นที่ไม่มีสิ่งใดหน่วงย่อมกลิ้งไปเอง นิวตันมีไว้เพื่อเปลี่ยนความเร็ว หรือพยุงวัตถุไม่ให้ตก หนึ่งนิวตันเร่งหนึ่งกิโลกรัมให้ถึงหนึ่งเมตรต่อวินาทีภายในหนึ่งวินาที ส่วนสิบนิวตันเร่งกิโลกรัมเดียวกันเร็วขึ้นสิบเท่า หรือเร่งสิบกิโลกรัมด้วยอัตราเดิม ในกฎข้อที่สองนั้นมวลกับความเร่งมีศักดิ์เท่ากัน
02 · การแปลงหน่วย
นิวตัน กิโลกรัมแรง และปอนด์แรง
สัมประสิทธิ์ทุกตัวแม่นยำตามนิยาม กิโลกรัมแรงและปอนด์แรงกำหนดด้วยความเร่งโน้มถ่วงมาตรฐาน ส่วนดายน์กำหนดด้วยเซนติเมตรและกรัม
กิโลกรัมแรงนิยามว่าเป็นน้ำหนักของหนึ่งกิโลกรัมที่ความเร่งโน้มถ่วงมาตรฐาน คือ 9.806 65 เมตรต่อวินาทีกำลังสอง ตัวเลขนี้เป็นข้อตกลง ความเร่งจริงเปลี่ยนจาก 9.78 ที่เส้นศูนย์สูตรไปถึง 9.83 ที่ขั้วโลก ตุ้มน้ำหนักอันเดียวกันจึงกดตาชั่งไม่เท่ากันที่กีโตกับที่มูร์มันสค์ ด้วยเหตุนี้ตาชั่งอุตสาหกรรมจึงต้องสอบเทียบ ณ สถานที่ติดตั้ง
| หน่วย | ชื่อ | ค่า | พบที่ใด |
|---|---|---|---|
| N | นิวตัน | 1 | การเขียนแรงพื้นฐานในระบบเอสไอ |
| kN | กิโลนิวตัน | 0.001 | การก่อสร้าง แรงขับ น้ำหนักบรรทุก |
| MN | เมกะนิวตัน | 1·10⁻⁶ | จรวด เครื่องอัด สะพาน |
| mN | มิลลินิวตัน | 1 000 | การวัดในห้องปฏิบัติการ |
| µN | ไมโครนิวตัน | 1·10⁶ | จุลกลศาสตร์ ใบเรือสุริยะ |
| kgf | กิโลกรัมแรง | 0.101972 | น้ำหนักของหนึ่งกิโลกรัมที่ g₀ |
| gf | กรัมแรง | 101.972 | ตาชั่งร้านยาและห้องปฏิบัติการ |
| tf | ตันแรง | 0.000101972 | ปั้นจั่น แรงขับเครื่องยนต์ในภาษาพูด |
| lbf | ปอนด์แรง | 0.224809 | งานช่างในโลกที่ใช้ภาษาอังกฤษ |
| ozf | ออนซ์แรง | 3.59694 | แรงขนาดเล็ก สปริง |
| ดายน์ | ดายน์ | 100 000 | ระบบซีจีเอส ฟิสิกส์ศตวรรษที่ 19 |
| พาวน์ดัล | พาวน์ดัล | 7.23301 | ระบบสัมบูรณ์แบบอังกฤษ |
| sn | สเตน | 0.001 | ระบบเอ็มทีเอส ฝรั่งเศส 1919–1961 |
คำนวณน้ำหนักที่ความเร่งโน้มถ่วงมาตรฐาน 9.806 65 m/s² ส่วนความเร่งคิดสำหรับมวลหนึ่งตัน
03 · อันดับของขนาด
จากเม็ดฝุ่นถึงจรวดที่กำลังทะยานหนึ่งนิวตัน — แอปเปิลบนฝ่ามือ
04 · เครื่องมือวัด
วัดแรงด้วยอะไร
วิธีที่ตรงที่สุด กฎของฮุกผูกการยืดเข้ากับแรงแบบเชิงเส้น จึงแบ่งสเกลเป็นนิวตันได้โดยตรง ความแม่นยำถูกจำกัดด้วยผลตกค้างเชิงยืดหยุ่นของสปริงและอุณหภูมิ ในงานผลิตเครื่องมือนี้จึงคงอยู่ในฐานะเครื่องวัดอย่างหยาบ
ลวดกริดที่ติดบนชิ้นส่วนยืดหยุ่นจะยืดไปพร้อมกับโลหะ ความต้านทานเปลี่ยนไปเพียงเศษส่วนของหนึ่งเปอร์เซ็นต์ วงจรบริดจ์แปลงค่านั้นเป็นแรงดันไฟฟ้า ตาชั่งการค้าและอุตสาหกรรมทั้งหมดทำงานเช่นนี้ ตั้งแต่ตาชั่งในครัวจนถึงตาชั่งชั่งตู้รถไฟ
สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติสร้างค่านิวตันด้วยตุ้มที่ทราบมวล แขวนไว้ในสนามโน้มถ่วงที่วัดความเร่งไว้แล้ว เครื่องขนาดใหญ่ที่สุดให้แรงหลายเมกะนิวตัน และใช้สอบเทียบหัววัดของห้องปฏิบัติการทดสอบ
ควอตซ์เมื่อรับภาระจะสร้างประจุขึ้นเอง และการตอบสนองทันแรงกระแทกที่กินเวลาเพียงไมโครวินาที หัววัดเช่นนี้ใช้วัดแรงตัดเฉือน แรงถอย และการทดสอบการชน แต่รับภาระสถิตไม่ได้ เพราะประจุรั่วไหลไป
05 · กฎการเขียน
N ตัวใหญ่ ไม่มีจุด
สัญลักษณ์มาจากนามสกุล จึงเขียนด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ ส่วนชื่อหน่วยในเนื้อความเขียนด้วยตัวพิมพ์เล็ก คือ newton แต่สัญลักษณ์เป็น N สัญลักษณ์ในภาษารัสเซียคือ Н ซึ่งในข้อความปนภาษาสับสนกับ H ของเฮนรีได้ง่าย ระหว่างตัวเลขกับสัญลักษณ์ให้ใช้ช่องว่างที่ไม่ตัดบรรทัด
คำอุปสรรค กิโล เขียนด้วยตัวพิมพ์เล็ก คือ kN ไม่ใช่ KN โมเมนต์ของแรงเขียนเป็นนิวตันเมตร และแม้มิติจะเหมือนจูล ก็ใช้แทนกันไม่ได้ เพราะงานกับโมเมนต์เป็นคนละปริมาณ กิโลกรัมแรงและตันแรงเคยใช้ได้ในงานช่างจนถึงทศวรรษที่แปดสิบ ยังพบในแบบเก่าและคู่มือเก่า และมาตรฐาน ISO 80000-4 ไม่แนะนำให้ใช้อีกต่อไป
06 · หน่วยข้างเคียง
นิวตันอยู่ที่รากของพุ่มหน่วยอนุพัทธ์ทั้งพุ่ม หารด้วยพื้นที่ได้พาสคัล คูณด้วยระยะทางได้จูล
นิวตันต่อตารางเมตร
แรง
นิวตันเมตรของงาน
ในแผ่นข้อมูลข้างเคียงของ Simetrium: พาสคัล สำหรับความดัน จูล สำหรับงาน วัตต์ สำหรับกำลัง และ กิโลกรัม — หน่วยฐานที่ใช้นิยามนิวตัน ในบรรดาหน่วยนอกระบบที่อยู่ข้างกันมี ปอนด์แรง และ ฟุตปอนด์ ซึ่งยังมีชีวิตอยู่ในงานช่างที่ใช้ภาษาอังกฤษ
07 · ภาคประวัติ
ก่อนมีนิวตัน วัดแรงด้วยอะไร
กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองถูกเขียนขึ้นโดยไม่มีหน่วยของแรงเลย นิวตันเขียนถึงสัดส่วน ไม่ใช่ตัวเลข ความจำเป็นที่จะวัดแรงด้วยสิ่งที่แน่นอนเกิดขึ้นเมื่อมีเครื่องจักรและการคำนวณทางวิศวกรรมแล้วเท่านั้น
วิศวกรคำนวณด้วยกิโลกรัมแรง คือน้ำหนักของตุ้มที่ตาเห็นได้ ส่วนนักฟิสิกส์เลือกระบบเซนติเมตร-กรัม-วินาที พร้อมดายน์ ซึ่งเล็กกว่านิวตันแสนเท่า การคำนวณของฝ่ายหนึ่งต้องแปลงให้อีกฝ่ายเสมอ
ที่ประชุมใหญ่ว่าด้วยการชั่งตวงวัดครั้งที่เก้ารับรองชื่อ นิวตัน สำหรับแรงที่เร่งหนึ่งกิโลกรัมให้ถึงหนึ่งเมตรต่อวินาทีในหนึ่งวินาที ปี 1960 หน่วยนี้เข้าสู่ระบบหน่วยระหว่างประเทศพร้อมกับหน่วยอนุพัทธ์อื่น ๆ
กิโลกรัมแรงหายไปจากเอกสาร แต่ยังอยู่ในคำพูด แรงขับเครื่องยนต์ยังเรียกเป็นตัน แรงของเครื่องอัดยังเรียกเป็นกิโลกรัม ตาชั่งสปริงในร้านค้าแสดงมวลทั้งที่วัดแรง และปรับตั้งตามความเร่งโน้มถ่วงของท้องถิ่น
นิวตันสร้างขึ้นด้วยมาตรฐานที่เป็นวัตถุไม่ได้ — ทำได้เพียงคำนวณ
กิโลกรัมเคยมีมาตรฐานที่เป็นวัตถุ เมตรเคยมีขีดบนไม้บรรทัดแพลทินัม แต่นิวตันไม่มีวัตถุต้นแบบและมีไม่ได้ หน่วยนี้นิยามด้วยหน่วยฐานสามหน่วยและสร้างขึ้นด้วยการคำนวณ คือแขวนตุ้มที่ทราบมวลแล้วคูณด้วยความเร่งโน้มถ่วงซึ่งวัด ณ สถานที่ติดตั้งอย่างละเอียดถึงหนึ่งในล้าน ลักษณะเฉพาะของมาตรวิทยาด้านแรงจึงเกิดขึ้น มาตรฐานแรงของชาติผูกอยู่กับจุดทางภูมิศาสตร์ การย้ายเครื่องไปเมืองอื่นหมายถึงการวัดความเร่งของท้องถิ่นใหม่ เพราะความเร่งเปลี่ยนตามละติจูด ความสูง และแม้แต่ความหนาแน่นของหินใต้ฐานราก ภูเขาสูงสองร้อยเมตรข้างห้องปฏิบัติการทำให้ผลเลื่อนที่หลักที่หก ส่วนตาชั่งคานไม่รู้จักความกังวลนี้เลย เพราะเปรียบเทียบมวลกับมวล แรงโน้มถ่วงจึงหักล้างกันทั้งสองจาน ด้วยเหตุนี้การชั่งจึงเก่าแก่กว่าการวัดแรงหลายพันปี
สารบัญ · หน่วยวัด
แผ่นข้อมูลสำหรับทุกปริมาณ
หน่วยฐานเอสไอเจ็ดหน่วย หน่วยอนุพัทธ์ที่มีชื่อเฉพาะยี่สิบสองหน่วย และหน่วยนอกระบบที่ทั้งงานช่างและชีวิตประจำวันขาดไม่ได้ แต่ละหน่วยมีแผ่นของตน คือ นิยาม การแปลงหน่วย เครื่องมือ และกฎการเขียน ใน 36 ภาษา
หน่วยอนุพัทธ์เอสไอที่มีชื่อเฉพาะ
เปิดแผ่นข้อมูลของนิวตันอยู่หน่วยฐานเอสไอ
สีดินเผา คือ กิโลกรัม เมตร และวินาที ซึ่งประกอบกันเป็นนิวตันหน่วยนอกระบบ
สีดินเผา คือ หน่วยแรงของระบบอื่นภาษาของแผ่นข้อมูล
36 ภาษา สัญลักษณ์ N เป็นสากล ชื่อหน่วยตามนามสกุลจึงเปลี่ยนแปลงน้อย: newton, Newton, ньютон, ニュートン