Ньютон

Ньютон — единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ), названная в честь английского физика и математика Исаака Ньютона. Один ньютон определяется как сила, которая сообщает телу массой 1 килограмм ускорение 1 метр в секунду за секунду в направлении действия силы. Обозначается символом «Н» (латиница) или «N». Является производной единицей СИ.

Определение и место в системе СИ

Ньютон входит в систему СИ как производная единица, выражаемая через основные единицы: килограмм (кг), метр (м) и секунду (с). Математическое определение выглядит следующим образом:

1 Н = 1 кг·м·с⁻²

Это означает, что для придания ускорения в 1 м/с² телу массой 1 кг требуется сила в 1 Н. В системе СГС (сантиметр-грамм-секунда) аналогом ньютона является дина: 1 Н = 10⁵ дин.

В технической системе единиц (МКГСС), применявшейся в СССР до 1960-х годов, единицей силы был килограмм-сила (кгс). Соотношение между ньютоном и килограмм-силой установлено через стандартное ускорение свободного падения (g ≈ 9,80665 м/с²): 1 кгс ≈ 9,80665 Н. Соответственно, 1 Н ≈ 0,10197 кгс.

История

Понятие силы как физической величины сформировалось в трудах Исаака Ньютона, опубликованных в 1687 году в работе «Математические начала натуральной философии». Однако единица измерения, названная его именем, появилась значительно позже.

В 1873 году Британская ассоциация содействия развитию науки (BAAS) предложила систему единиц, основанную на метре, грамме и секунде, и ввела единицу силы — дину. В 1881 году на Международном конгрессе электриков в Париже была принята система СГС, где сила измерялась в динах.

С развитием техники и науки возникла потребность в более крупной и удобной единице. В 1901 году итальянский физик Джованни Джорджи предложил систему, основанную на метре, килограмме, секунде и ампере (система МКСА). В этой системе единицей силы стал ньютон. Официально название «ньютон» для единицы силы было утверждено в 1948 году на IX Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ). В 1960 году на XI ГКМВ была принята Международная система единиц (СИ), где ньютон стал стандартной единицей силы.

Кратные и дольные единицы

Для измерения больших или малых сил применяются десятичные кратные и дольные единицы, образуемые с помощью стандартных приставок СИ:

На практике наиболее распространены килоньютон (кН) и меганьютон (МН), используемые в строительстве, машиностроении и аэродинамике.

Применение

В физике и механике

Ньютон является базовой единицей для расчётов во всех разделах классической механики. С его помощью описываются:

• сила тяжести (вес тела): P = mg, где m — масса, g — ускорение свободного падения;
• сила упругости (закон Гука);
• сила трения;
• сила реакции опоры;
• сила натяжения нити;
• центростремительная сила.

В технике и инженерии

В инженерных расчётах ньютон используется для определения:

• нагрузок на конструкции (здания, мосты, краны);
• тяги двигателей (авиационных, ракетных);
• усилий в гидравлических и пневматических системах;
• моментов сил (ньютон-метр, Н·м);
• давления (паскаль = Н/м²).

В метрологии

Эталон силы в СИ воспроизводится с помощью силоизмерительных машин, в которых сила создаётся набором эталонных грузов. Национальные метрологические институты, в том числе Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы (ВНИИМС), поддерживают государственные эталоны единицы силы — ньютона.

Соотношение с другими единицами

Интересные факты

• Сила, с которой яблоко (массой около 100 г) давит на ладонь, составляет примерно 1 Н.
• Средняя сила удара кулака взрослого человека — от 1000 до 3000 Н.
• Тяга двигателя ракеты-носителя «Союз-2» на старте составляет около 4000 кН (4 МН).
• Сила гравитационного притяжения между Землёй и Луной равна примерно 2·10²⁰ Н.
• В быту ньютон редко используется — чаще применяют килограмм-силу (например, для указания грузоподъёмности).

Источники

• Международная система единиц (СИ). Брошюра СИ. 9-е издание, 2019. Международное бюро мер и весов (BIPM).
• ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
• Физическая энциклопедия. Том 3. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992.
• Исаак Ньютон. Математические начала натуральной философии. — М.: Наука, 1989.
• Сена Л. А. Единицы физических величин и их размерности. — М.: Наука, 1977.