Килограмм-сила-метр¶

Килограмм-сила-метр (обозначение: кгс·м, kgf·m) — это единица измерения работы и энергии в технической системе единиц (МКГСС), основанной на килограмме-силе как единице силы и метре как единице длины. Один килограмм-сила-метр равен работе, совершаемой силой в один килограмм-сила при перемещении точки приложения силы на расстояние один метр в направлении действия силы. В Международной системе единиц (СИ) эта единица не используется, но исторически и в некоторых прикладных областях (например, в машиностроении и при расчётах грузоподъёмности) она сохраняет применение.

¶История возникновения

Техническая система единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) была разработана в XIX — начале XX века для упрощения инженерных расчётов. В отличие от абсолютных систем (СГС, СИ), где сила выражается через массу и ускорение (ньютон, дина), в МКГСС за основную единицу силы принят килограмм-сила — сила, с которой масса в 1 кг притягивается к Земле при стандартном ускорении свободного падения (9,80665 м/с²). Соответственно, единица работы кгс·м естественным образом возникла как произведение единицы силы на единицу длины.

В СССР и России техническая система МКГСС широко применялась вплоть до середины XX века. С переходом на Международную систему единиц (СИ) в 1960-х годах кгс·м постепенно вытеснялся джоулем (Дж). Однако в нормативной документации, старых чертежах, паспортах оборудования и в некоторых отраслях (например, в гидравлике, пневматике, при расчёте моментов затяжки) единица кгс·м продолжала использоваться. В настоящее время в России официально допускается применение единиц МКГСС только в качестве внесистемных, с обязательным указанием пересчёта в единицы СИ.

¶Определение и соотношение с единицами СИ

¶Формальное определение

1 кгс·м — это работа, совершаемая силой 1 кгс на пути 1 м. Поскольку 1 кгс = 9,80665 Н, то: 1 кгс·м = 9,80665 Н·м = 9,80665 Дж.

¶Соотношение с другими единицами

• 1 кгс·м = 9,80665 Дж (точно).
• 1 кгс·м ≈ 0,002724 кВт·ч (киловатт-часа).
• 1 кгс·м ≈ 0,009807 кДж.
• 1 кгс·м ≈ 0,102 кгс·м (при пересчёте в обратную сторону: 1 Дж ≈ 0,10197 кгс·м).
• 1 кгс·м ≈ 7,233 фут-фунт-сила (ft·lbf) — единица работы в английской системе.

¶Применение

¶В машиностроении и приборостроении

Килограмм-сила-метр традиционно используется для измерения крутящего момента (момента силы) на валах двигателей, редукторов, станков. В технической документации, особенно на оборудование советского производства, момент затяжки резьбовых соединений часто указывается в кгс·м. Например, для болтов и гаек в автомобилях, тракторах, станках. При этом подразумевается, что момент силы в 1 кгс·м создаёт усилие в 1 кгс на плече 1 м.

¶В гидравлике и пневматике

При расчёте работы поршневых машин, насосов, компрессоров иногда применяют кгс·м для оценки работы, совершаемой рабочим телом за один цикл. В старых учебниках и справочниках по гидроприводу встречаются именно эти единицы.

¶В строительстве и грузоподъёмной технике

При расчёте грузоподъёмности кранов, лебёдок, домкратов работа по подъёму груза может выражаться в кгс·м. Например, подъём груза массой 100 кг на высоту 2 м требует работы 200 кгс·м.

¶В физике и технике (исторически)

В учебных пособиях по физике и теоретической механике до середины XX века работа и энергия повсеместно измерялись в кгс·м. В частности, в курсах «Сопротивление материалов» и «Детали машин» использовались именно эти единицы.

¶Ограничения и недостатки

Основной недостаток кгс·м — его зависимость от ускорения свободного падения, которое не является абсолютной константой (меняется от 9,78 до 9,83 м/с² в зависимости от широты и высоты). В технической системе МКГСС принято стандартное значение g = 9,80665 м/с², но при точных измерениях это может вносить погрешность. Кроме того, использование кгс·м затрудняет прямое сопоставление с единицами СИ, что требует пересчёта.

В современной научной и инженерной практике в России и большинстве стран мира работа и энергия измеряются в джоулях (Дж). Килограмм-сила-метр остаётся внесистемной единицей, допущенной к применению только в старых документах и в некоторых отраслях, где не проведена полная замена оборудования.

¶Примеры пересчёта

• 1 кгс·м = 9,80665 Дж.
• 10 кгс·м = 98,0665 Дж.
• 100 кгс·м = 980,665 Дж.
• 1 Дж = 0,10197 кгс·м.
• 1 кДж = 101,97 кгс·м.

¶Интересные факты

• В некоторых старых справочниках по авиационным двигателям мощность указывалась в лошадиных силах (л.с.), а работа — в кгс·м. При этом 1 л.с. = 75 кгс·м/с (точно).
• В СССР до 1960-х годов в технической литературе кгс·м часто называли «килограммометром» (сокращённо кГм).
• В современной метрологии единица кгс·м не входит в число рекомендованных, но её использование допускается вплоть до полного перехода на СИ в конкретной отрасли.