Newton (unitat)

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
newton
El newton va ser anomenat en honor del científic anglès Isaac Newton
El newton va ser anomenat en honor del científic anglès Isaac Newton, conegut pels seus treballs sobre la gravitació, l'òptica, el càlcul[1] i la mecànica newtoniana.[2]
Informació
Sistema d'unitats: Unitat derivada del SI
Unitat de: Força
Símbol: N
Procedència del nom: Isaac Newton
En unitats bàsiques del SI: 1 N = 1 kg·m/s2

El newton[3] és una unitat derivada de força del SI. El seu símbol és N i va rebre el seu nom en honor d'Isaac Newton, en reconeixement als seus treballs en mecànica clàssica. Va ser utilitzat per primera vegada a voltants de l'any 1904, però no va ser fins al 1948 que el newton va ser adoptat oficialment per la Conferència General de Pesos i Mesures (CGPM) com a nom per la unitat de força mks.[4]

Definició[modifica | modifica el codi]

Un newton és igual a la quantitat de força necessària en el buit[5] per a donar a una massa d'un quilogram una acceleració d'1 metre/segon2.[6]

Això es pot expressar matemàticament com:

\mathrm{1\, N = 1\, \frac{\mathrm{kg}\cdot \mathrm{m}}{s^2}}


Aquesta definició es basa en la relació entre forces i acceleracions que es desprèn de la segona llei de Newton:

\,\! F=ma

On F és la força, a és l'acceleració i m la massa. Si es representa l'equació de la força, substituint amb magnituds del Sistema Internacional queda:

[F]=[m][a]=\operatorname{kg} \cdot \frac{\operatorname{m}}{\operatorname{s^2}}=\operatorname{N}.

El newton és la unitat de força del SI, és una unitat derivada atès que es defineix en funció d'altres unitats.

Atès que el pes és una mesura de la força entre dos objectes deguda a la gravetat, el newton és també una mesura del pes, vàlida en un punt donat.[7] Una massa d'un quilogram té un pes aproximat de 9,81 newtons. La llegenda explica que Isaac Newton es va inspirar en la caiguda d'una poma per desenvolupar la seva teoria de la gravitació i per una coincidència curiosa el pes d'una poma petita és aproximadament un newton: un objecte d'una massa de 101,94 grams pesa 1 newton a la superfície de la Terra.[8]

Una altra definició de Newton, és que pot considerar-se la força que proporciona un impuls a raó d'1 kg·m/s. Això vol dir que si s'aplica permanentment una força d'1 newton a un cos puntual de massa 1 kg, cada segon, la velocitat s'incrementarà en 1 m/s.

Al llenguatge comú, no científic, s'acostuma a confondre la massa, que es mesura en quilograms, amb el pes, que s'ha de mesurar en newtons. Sabent que una massa d'un quilogram pesa aproximadament 10 N a la superfície de la Terra (9,81 N és el valor que s'utilitza habitualment si es considera que l'acceleració de la gravetat, g, és de 9,81 m/s2), es pot admetre que 1 quilogram-força o quilopond (una antiga unitat de pes que participa d'aquesta confusió) és pràcticament equivalent a 10 N en càlculs quotidians o d'enginyeria, sempre que no requereixen certa precisió.


Múltiples[modifica | modifica el codi]

Múltiple Nom Símbol Múltiple Nom Símbol
100 newton N      
101 decanewton daN 10–1 decinewton dN
102 hectonewton hN 10–2 centinewton cN
103 quilonewton kN 10–3 mil·linewton mN
106 meganewton MN 10–6 micronewton µN
109 giganewton GN 10–9 nanonewton nN
1012 teranewton TN 10–12 piconewton pN
1015 petanewton PN 10–15 femtonewton fN
1018 exanewton EN 10–18 attonewton aN
1021 zettanewton ZN 10–21 zeptonewton zN
1024 yottanewton YN 10–24 yoctonewton yN

Taula de conversions[modifica | modifica el codi]

Unitats de força
Newton
(unitat del SI)
Dina Quilopond Lliura-força Lliura (unitat de massa)
1 N ≡ 1 kg m/s-2 = 105 dines ≈ 0.10197 kgf ≈ 0.22481 lbf ≈ 7.2330 lb
1 dina = 10−5 N ≡ 1 g·cm/s² ≈ 1.0197×10−6 kgf ≈ 2.2481×10−6 lbf ≈ 7.2330×10−5 lb
1 kgf = 9.80665 N = 980665 dines gn·(1 kg) ≈ 2.2046 lbf ≈ 70.932 lb
1 lbf ≈ 4.448222 N ≈ 444822 dines ≈ 0.45359 kgf gn·(1 lb) ≈ 32.174 lb
1 lb ≈ 0.138255 N ≈ 13825 dina ≈ 0.014098 kgf ≈ 0.031081 lbf ≡ 1 lb·ft/s²
El valor de gn és utilitzat ací per a totes les unitats de Gravitació.

Exemples[modifica | modifica el codi]

  • 1 N és la força de la gravetat de la Terra sobre un objecte amb una massa d'aproximadament 102 g (1/9,8 kg), com ara una poma petita.
  • És habitual veure forces expressades en kilonewtons or kN, en què 1 kN = 1.000 N.
  • La potència de la mossegada dels animals es pot expressar en newtons:
    • Es calcula que la mandíbula de l'al·losaure podia exercir una força d'entre 805 i 2.148 N. Tanmateix, el crani era prou fort com per resistir una força de gairebé 55.500 N de força vertical contra les dents, de manera que és bastant probable que aquest dinosaure aprofités la força del crani per matar i mastegar les seves preses.
    • Els al·ligàtors poden exercir una força de mossegada d'aproximadament 13.000 N.
    • Els lleons poden mossegar amb una força d'uns 4.167 N, i els lleopards amb una força d'uns 2.268 N.
  • Els coets acceleradors sòlids dels transbordadors espacials proporcionen una força de 12.500.000 N cadascun durant el llançament, cosa que representa el 83% de l'impuls total necessari per al llançament.
  • El motor de la sonda espacial Mariner 4, la primera a sobrevolar el planeta Mart amb èxit,[9][10] exercia una força d'impuls de 222 N.
  • La primera etapa del coet Saturn V exercia una força d'impuls de més de 34 milions de newtons. La segona etapa, en canvi, tenia una força d'impuls de 5,1 milions de newtons, i la tercera etapa 1,0001 milions de newtons.
  • L'atracció de la Terra per a una persona d'uns 70 kg és, aproximadament, igual a 687 N.

Ús del newton[modifica | modifica el codi]

Ús habitual dels quilonewtons en la construcció[modifica | modifica el codi]

Sovint els quilonewtons es fan servir per reflectir el valor de subjecció de seguretat de ganxos, àncores i altres eines de la indústria de la construcció.[11] També se'ls utilitza en les especificacions de l'equipament d'alpinisme. Es poden anunciar en quilonewtons (kN) tant la càrrega de treball segura en referència a la tensió mecànica i la tensió tallant.

1 kN equival a una càrrega de 101,97162 quilograms, però multiplicar el valor en quilonewtons per 100 també és un bon mètode de càlcul.[4]

Empenyiment[modifica | modifica el codi]

Les característiques dels motors de reacció donen valors d'empenyiment en quilonewtons, per tal de mesurar les prestacions propulsives d'una planta de potència per a una aeronau.[12]

Notes i referències[modifica | modifica el codi]

  1. Bardi, Jason Socrates. The Calculus Wars: Newton, Leibniz, and the Greatest Mathematical Clash of All Time. (2006). 277 pp. excerpte i cerca de text (anglès)
  2. Westfall, R. S.. Force in Newton's Physics: The Science of Dynamics in the Seventeenth Century. Londres: Macdonald, 1971. 
  3. Segons les normes del Sistema Internacional d'Unitats el nom s'ha d'escriure amb lletres minúcules.
  4. 4,0 4,1 «[http://www.convertunits.com/from/kilonewtons/to/kilograms-force Convert kilonewtons to kilograms-force - Conversion of Measurement Units]» (en anglès). ConvertUnits.com, 2009. [Consulta: 26 de juliol del 2009].
  5. Dorland's Medical Dictionary for Health Consumers (2007). Publicat per Saunders, una impremta d'Elsevier. Podeu veure la seva definició de "newton" aquí.
  6. Vegeu, per exemple, Alonso, E. J.; Finn. Física.. Bogotà: Addison-Wesley, 1995. ISBN 0201625652. 
  7. El pes varia segons la localització perquè la gravetat no és uniforme.
  8. Aula de El Mundo. «Lo que revela la caida de una manzana», 05. [Consulta: 16 de setembre].
  9. Momsen, Bill. «Mariner IV - First Flyby of Mars: Some personal experiences», 2006. Arxivat de l'original el 2012-06-30. [Consulta: 11-02-2009].
  10. Momsen, Bill. «Mariner IV - First Flyby of Mars: Some personal experiences», 2006. Arxivat de l'original el 2012-06-30. [Consulta: 11-02-2009].
  11. «Steel fasteners» (en anglès). Shakshi Enterprises. [Consulta: 26 de juliol del 2009].
  12. «Power setting means the power or thrust output of an engine in terms of kilonewtons» (en anglès). U.S. Government Printing Office, 2002. [Consulta: 2 de juliol de 2010].

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]