牛頓 (單位)

牛頓(newton,符號 N)简称牛[1][2],是国际单位制(SI)中力的单位,其定义为使 1kg质量产生 1m/s²加速度的力[3]。

牛顿属于导出单位,若以国际单位制基本单位表示,1 牛顿等于 1 kg⋅m/s²。

牛顿,此物理学单位,以艾萨克·牛顿的名字命名,以表彰他在经典力学领域,特别是牛顿第二运动定律方面的卓越贡献。

定義

牛頓是一個國際單位制導出單位,它是由kg·m·s−2的國際單位制基本單位導出。1牛頓等於要使質量1千克物體的加速度為1 m/s2時,所需要的力。利用因次分析,因為 F = ma(force(力)= mass(質量)× acceleration(加速度)),將質量及加速度的單位相乘,即可得到牛頓和基本單位之間的關係。

舉例

  • 一牛頓是一個大約102克(1⁄9.81kg,約為一個小蘋果的質量,或两个鸡蛋的质量)的物體在地表所受到的地球引力。
  • 一千克的物體在地表受到的重力約為9.8 Ν(或是1.0 kgf,依定義 1 kgf = 9.80665 N)在日常生活及工程應用中,1 kgf常近似成10牛頓。
  • 力及位移的內積就是功。故1牛頓的力作用在物體,產生1公尺的位移,所作的功就是 1 Ν⋅m。依照功能定理,對一物體的作功等於其能量的變化,因此Ν·m 也是能量的單位,其大小和常用的能量單位焦耳相同,1Ν⋅m = 1 J。
  • 力常常會用千牛頓或kΝ的單位表示,1 kΝ = 1,000Ν。

千牛頓(kN)及其適用的場合

用于攀岩的登山扣,当卡扣关闭时沿登山扣受力时的安全额定值为26kN,当垂直于登山扣受力时为8kN,当卡扣打开时沿登山扣受力时安全等级为10kN。

牛顿是一个数值较小的单位,实际应用中通常使用千牛顿,1千牛顿=1000牛顿,缩写为千牛(kN)。地球上的重力加速度为9.81 m/s2,因此:

1 kN = 102 kg × 9.81 m/s2

即1千牛頓约等於102千克力,在无需精确计算的场合可以将千牛頓的數值直接乘以100,視為其對應的重力[4]。例如,一个平台的负载为1千牛(102千克力),那么它可以负载100千克的重物。

以千牛顿为单位的规格在以下安全规格中很常见:

轉換係數(與其他單位之轉換)

力的單位
牛頓
N (国际单位制导出单位)
达因
dyne
千克力
kgf
磅力
lbf
磅達
pdl
1 N ≡ 1 kg·m/s² = 105 dyn ≈ 0.10197 kp ≈ 0.22481 lbfF ≈ 7.2330 pdl
1 dyn = 10−5 N ≡ 1 g·cm/s² ≈ 1.0197×10−6 kp ≈ 2.2481×10−6 lbfF ≈ 7.2330×10−5 pdl
1 kp = 9.80665 N = 980665 dyn ≡ gn·(1 kg) ≈ 2.2046 lbfF ≈ 70.932 pdl
1 lbfF ≈ 4.448222 N ≈ 444822 dyn ≈ 0.45359 kp ≡ gn·(1 lb) ≈ 32.174 pdl
1 pdl ≈ 0.138255 N ≈ 13825 dyn ≈ 0.014098 kp ≈ 0.031081 lbfF ≡ 1 lb·ft/s²
定義千克力時所用的gn數值,在此表中也用來定義所有的重力單位

另見

  • 艾薩克·牛頓
  • 國際單位制
  • 磅力
  • 焦耳,國際單位制下的能量單位,一焦耳相當於一牛頓的力作用在物體上,產生一公尺的位移。
  • 千克力
  • 帕斯卡,國際單位制下的壓強能量單位,一帕斯卡相當於單位面積承受一牛頓的力。

參考

  1. ^ 刘燕. 理论力学学习指导. 清华大学出版社. 2006: 4. ISBN 9787302123217. 
  2. ^ 刘莹, 邵天敏. 机械基础实验技术. 清华大学出版社. 2006: 32. ISBN 9787302125587. 
  3. ^ 牛[顿]. 术语在线. 全国科学技术名词审定委员会.  (简体中文)
  4. ^ Convert kilonewtons to kilograms-force - Conversion of Measurement Units. Convertunits.com. [2014-04-27]. (原始内容存档于2021-03-04). 
  5. ^ [1] 互联网档案馆的存檔,存档日期2011-07-16.