Niutơn
Đơn vị dẫn xuất SI · đại lượng: lực
01 · Định nghĩa
Lực truyền cho khối lượng một kilôgam gia tốc một mét trên giây trong mỗi giây. Một đại lượng khiêm tốn: một quả táo cỡ vừa đè lên lòng bàn tay với chừng ấy lực.
Định nghĩa lặp lại thẳng định luật thứ hai của cơ học, nên không đòi hỏi chuẩn vật chất cũng như bệ kiểm định: niutơn được xác định trọn vẹn bởi kilôgam, mét và giây. Chính từ đây cũng sinh ra sự lẫn lộn mà đơn vị này ra đời để gỡ bỏ. Khối lượng là thuộc tính của vật, không đổi ở bất cứ đâu trong Vũ trụ; trọng lượng là lực vật đè lên giá đỡ, và phụ thuộc vào chỗ vật đang ở. Một kilôgam trên Mặt Trăng vẫn là một kilôgam, nhưng số niutơn ở đó nhỏ đi sáu lần. Chừng nào cả hai đại lượng còn được gọi là kilôgam, người ta phải nhớ khác biệt ấy trong đầu; niutơn đã đưa nó ra ký hiệu.
Chuyển động đều không cần lực: chiếc xe không bị gì hãm sẽ tự lăn. Niutơn cần đến khi phải đổi vận tốc hoặc giữ cho vật khỏi rơi. Một niutơn đưa một kilôgam lên một mét trên giây trong một giây, còn mười niutơn làm chính kilôgam ấy tăng tốc nhanh gấp mười, hoặc mười kilôgam với cùng nhịp — trong định luật thứ hai, khối lượng và gia tốc ngang quyền nhau.
02 · Quy đổi
Niutơn, kilôgam lực và pao lực
Mọi hệ số đều chính xác theo định nghĩa: kilôgam lực và pao lực được ấn định bằng gia tốc trọng trường chuẩn, còn dyn bằng xentimét và gam.
Kilôgam lực được định nghĩa là trọng lượng của một kilôgam ở gia tốc trọng trường chuẩn, tức 9,806 65 mét trên giây bình phương. Con số này là quy ước: gia tốc thực đổi từ 9,78 ở xích đạo đến 9,83 ở cực, nên cùng một quả cân đè lên cân khác nhau ở Quito và ở Murmansk. Vì vậy cân công nghiệp được hiệu chuẩn ngay tại nơi lắp đặt.
| Đơn vị | Tên | Giá trị | Gặp ở đâu |
|---|---|---|---|
| N | niutơn | 1 | cách viết cơ bản của lực trong SI |
| kN | kilôniutơn | 0,001 | xây dựng, lực đẩy, tải trọng |
| MN | mêganiutơn | 1·10⁻⁶ | tên lửa, máy ép, cầu |
| mN | miliniutơn | 1 000 | phép đo trong phòng thí nghiệm |
| µN | micrôniutơn | 1·10⁶ | vi cơ học, buồm mặt trời |
| kgf | kilôgam lực | 0,101972 | trọng lượng một kilôgam ở g₀ |
| gf | gam lực | 101,972 | cân hiệu thuốc và phòng thí nghiệm |
| tf | tấn lực | 0,000101972 | cần cẩu, lực đẩy động cơ trong lời nói thường ngày |
| lbf | pao lực | 0,224809 | kỹ thuật nói tiếng Anh |
| ozf | aoxơ lực | 3,59694 | lực nhỏ, lò xo |
| dyn | dyn | 100 000 | hệ CGS, vật lý thế kỷ 19 |
| poundal | poundal | 7,23301 | hệ tuyệt đối Anh |
| sn | sten | 0,001 | hệ MTS, Pháp 1919–1961 |
Trọng lượng tính ở gia tốc trọng trường chuẩn 9,806 65 m/s²; gia tốc ứng với khối lượng một tấn.
03 · Bậc độ lớn
từ hạt bụi đến tên lửa rời bệMột niutơn — quả táo trên lòng bàn tay
04 · Dụng cụ đo
Đo lực bằng gì
Con đường thẳng nhất: định luật Hooke nối độ giãn với lực theo quan hệ tuyến tính, và thang đo có thể chia thẳng ra niutơn. Độ chính xác bị giới hạn bởi hiệu ứng đàn hồi trễ của lò xo và bởi nhiệt độ, nên trong sản xuất dụng cụ này chỉ còn là phép đo thô.
Lưới dán trên phần tử đàn hồi giãn theo kim loại, và điện trở của nó đổi đi vài phần trăm của một phần trăm. Mạch cầu biến điều đó thành điện áp — mọi cân thương mại và công nghiệp đều hoạt động như thế, từ cân nhà bếp đến cân toa xe.
Các viện đo lường quốc gia hiện thực hóa niutơn bằng những tải trọng đã biết khối lượng, treo trong trường trọng lực có gia tốc đã đo. Những thiết bị lớn nhất tạo ra vài mêganiutơn, và cảm biến của các phòng thử nghiệm được hiệu chuẩn theo chúng.
Thạch anh chịu tải tự sinh ra điện tích, và đáp ứng theo kịp cú va chỉ kéo dài vài micrô giây. Những cảm biến như vậy dùng đo lực cắt, độ giật và các thử nghiệm va chạm; tải tĩnh thì chúng không giữ được — điện tích rò đi.
05 · Quy tắc viết
Chữ N hoa, không có dấu chấm
Ký hiệu lấy từ họ người, nên viết hoa, còn tên đơn vị trong văn bản viết thường: niutơn, nhưng ký hiệu là N. Ký hiệu tiếng Nga là Н, trong văn bản pha trộn rất dễ nhầm với chữ H Latinh chỉ henry. Giữa con số và ký hiệu đặt một dấu cách không ngắt dòng.
Tiền tố kilô viết chữ thường: kN, không phải KN. Mômen lực ghi bằng niutơn mét, và tuy thứ nguyên trùng với jun, không được thay cái này bằng cái kia: công và mômen là hai đại lượng khác nhau. Kilôgam lực và tấn lực từng được chấp nhận trong kỹ thuật đến những năm tám mươi, còn gặp trong bản vẽ và sổ tay cũ, và tiêu chuẩn ISO 80000-4 không còn khuyến nghị dùng.
06 · Các đơn vị lân cận
Niutơn nằm ở gốc của cả một bụi đơn vị dẫn xuất: chia cho diện tích thì ra paxcan, nhân với quãng đường thì ra jun.
niutơn trên mét vuông
lực
niutơn mét công
Trong các phiếu lân cận của Simetrium: paxcan cho áp suất, jun cho công, oát cho công suất và kilôgam — đơn vị cơ bản dùng để định nghĩa niutơn. Trong các đơn vị ngoài hệ, đứng cạnh là pao lực và foot-pound, cả hai đều sống trong kỹ thuật nói tiếng Anh.
07 · Phần lịch sử
Trước niutơn, lực được đo bằng gì
Định luật chuyển động thứ hai được phát biểu mà không có bất kỳ đơn vị lực nào: Newton viết về tỷ lệ, không phải về con số. Việc đo lực bằng một cái gì xác định chỉ trở nên cần thiết khi máy móc và tính toán kỹ thuật xuất hiện.
Kỹ sư tính bằng kilôgam lực — trọng lượng của một quả cân, mắt nhìn là hiểu. Nhà vật lý chuộng hệ xentimét-gam-giây với dyn, nhỏ hơn niutơn một trăm nghìn lần. Tính toán của bên này phải quy đổi cho bên kia.
Hội nghị toàn thể về Cân đo lần thứ chín phê chuẩn tên niutơn cho lực đưa một kilôgam lên một mét trên giây trong một giây. Năm 1960, đơn vị này gia nhập Hệ đo lường quốc tế cùng các đơn vị dẫn xuất khác.
Kilôgam lực đã rời khỏi văn bản nhưng còn lại trong lời nói: lực đẩy động cơ vẫn được kể bằng tấn, lực của máy ép vẫn kể bằng kilôgam. Cân lò xo ngoài cửa hàng hiện khối lượng dù đo lực, và được chỉnh theo gia tốc trọng trường tại chỗ.
Niutơn không thể hiện thực hóa bằng chuẩn vật chất — chỉ có thể tính
Kilôgam từng có chuẩn vật chất, mét từng có một vạch trên thước bạch kim; niutơn thì không có và không thể có một vật làm mẫu. Đơn vị này được định nghĩa qua ba đơn vị cơ bản và hiện thực hóa bằng tính toán: người ta treo một tải đã biết khối lượng rồi nhân với gia tốc trọng trường, đo ngay tại nơi lắp đặt với độ chính xác đến một phần triệu. Từ đó sinh ra nét riêng của đo lường lực: chuẩn lực quốc gia gắn với một điểm địa lý. Chuyển máy sang thành phố khác nghĩa là phải đo lại gia tốc tại chỗ, bởi nó thay đổi theo vĩ độ, theo độ cao, thậm chí theo mật độ đá dưới móng. Một ngọn núi hai trăm mét bên cạnh phòng thí nghiệm làm kết quả dịch ở chữ số thứ sáu. Cân đòn thì hoàn toàn không biết đến nỗi lo ấy: nó so sánh khối lượng, và trọng lực triệt tiêu ở cả hai đĩa — vì thế việc cân nặng cổ hơn việc đo lực hàng nghìn năm.
Danh mục · đơn vị đo
Mỗi đại lượng một phiếu
Bảy đơn vị cơ bản của SI, hai mươi hai đơn vị dẫn xuất có tên riêng, và những đơn vị ngoài hệ mà cả kỹ thuật lẫn đời thường đều không thể thiếu. Mỗi đơn vị một tờ riêng: định nghĩa, quy đổi, dụng cụ, quy tắc viết. Bằng 36 ngôn ngữ.
Đơn vị dẫn xuất SI có tên riêng
đang mở phiếu của niutơnĐơn vị cơ bản của SI
màu đất nung — kilôgam, mét và giây, những thứ hợp thành niutơnĐơn vị ngoài hệ
màu đất nung — đơn vị lực của các hệ khácNgôn ngữ của phiếu
36 ngôn ngữ. Ký hiệu N mang tính quốc tế; tên gọi đi theo họ người nên thay đổi rất ít: newton, Newton, ньютон, ニュートン.