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第4回目

第4回「N(ニュートン)」について

◆4回目のKTRニュースのテーマはN(ニュートン)です。

力の単位    N(ニュートン)
最近ニュートン(N)と言う言葉を聞いたり、読んだりすることが増えてきたのではないでしょうか。

このN(ニュートン)とは力の単位です。今までは、プラスチックフイルムの引張り強度はkgの単位が使われてきました。
ところが、最近では、kgの代わりにN(ニュートン)の単位が使われている事が増えてきました。

 1N=0.1kg(100g)

ほとんどの場合はこの内容で十分です(中学校で教えている内容)。もう1歩詳しく表しますと、

 1N=0.102kg(102g)

となります(高校で教えている内容)。
以上の内容さえ知っていれば、N(ニュートン)の単位が使われている時のkgへの換算ができます。

それでは、なぜkgを使わずに、ややこしいN(ニュートン)を使うことになったんでしょうか。
これには、スペースシャトルに代表される宇宙時代が反映されています。
仮に、5kgの重さのある机があったとします。
地球上では5kgですが、スペースシャトルの中では重力がありませんので重さは0(ゼロ)になります。
また、月の上では重力が地球の1/6ですので、0.83kgになります。
と言うことは、重さは場所によって違うと言うことになります。しかし物固有の何かは変わらずあるはずです。これを質量と名づけます。
ここに、重量と質量の分離が始まります。

質量の単位はkgです。
それに対して、重量の単位も今までは質量の単位と同じkgでした(正確にはkgwと表示してました:wはweight)。
これは、質量(mass)に地球の重力が働いていることは当然だったので、このように表示されていたわけです。
しかし実際は反対で、まず重量があり、後から質量と言う抽象的な概念がでてきたわけです。
先ほどの机の重さが地球とスペースシャトルと月で重さが変わると言いましたが、変わらない物が質量です。
ニュートンの有名な運動法則がこの質量と重量(力)の関係を表しています。

 W(重さ:力)=m(質量) × g(重力加速度)

今までは、このW(重さ:力)の単位にkg(kgw)を使ってきたわけです。

そこで、重量の単位(力の1種)と質量の単位を分けようと言うことになったわけです。

W 重さ(力)の単位 N(ニュートン)
m 質量の単位 kg

それでは、なぜ1N(ニュートン)=0.102kgなのでしょうか。
地球上では、重力が働いていて、その重力の強さ(加速度)は9.80665m/s2です。
この重力はどのようにして、大きさを測定するのでしょうか。
これは、落とす高さと、地面に落ちる時間との間には一定の関係があり、この関係式から重力加速度を求めます。

  h=1/2gt2  
  g=(2h/t2)  
     
    h ;落下高さ m
    t ;落下するまでの時間 s(秒)
    g ;重力加速度 m/s2

高さ(m)と、落下時間(秒)を測定すれば、重力加速度が求まります。
1mの高さから、物を落とすと0.45秒に地表にぶつかります。この事を正確に測定して、重力加速度が決まっています。

 g=9.80665m/s2

これに対しまして、N(ニュートン)の定義は、次のようです。
1N(ニュートン)=質量1kgに1m/s^2の加速度を与えることが出来る力

したがって、1kgの質量の重さ(力)は1kg×9.80665Nとなります。

1kgw(力)=1kg×9.80665(m/s2)N
1N =1/9.80665kg
  =0.102kg

以上の計算で、1N=0.102kgと言う関係が求まりました。

時間の単位は秒で、長さの単位はメートルで、どちらも相互に無関係に決められたために、重力の加速度が9.80665m/s2のようにきれいな数字ではなく、端数が付く数値になったわけです。

物理的には、N(ニュートン)の方がわかりやすくて、扱いに便利ですが、今まで、力の単位にkgを使いなれた者にはなかなか馴染めない単位です。ですから、1N=0.1kgと割り切って考えるのが一番抵抗のない考え方だと思います。  

今回はN(ニュートン)と言う単位の話で、理屈っぽい話になりました。
時代は宇宙時代に入ってきたので新しい単位が必要になってきたのだと思います。

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