Фунт (сила)

Гравитационное притяжение Земли к массе в один фунт

Фунт силы или фунт-сила (обозначение: lbf , ^[1] иногда lb _f , ^[2] ) — единица силы , используемая в некоторых системах измерений , включая английские инженерные единицы ^[a] и систему фут-фунт-секунда . ^[3]

Фунт-силу не следует путать с фунтом-массой (lb), часто называемым просто «фунтом», который является единицей массы ; их также не следует путать с фут-фунтом (ft⋅lbf), единицей энергии , или фунт-футом (lbf⋅ft), единицей крутящего момента .

Определения

Фунт-сила равна гравитационной силе, действующей на массу в один фунт эвердьюпойса на поверхности Земли . С XVIII века эта единица используется в низкоточных измерениях, для которых небольшие изменения гравитации Земли (которая изменяется от экватора к полюсу до половины процента) можно смело игнорировать. ^[4]

Однако в XX веке возникла необходимость в более точном определении, потребовав стандартизированного значения ускорения свободного падения.

Произведение фунта Эвердьюпойса и стандартной плотности

Фунт-сила является произведением одного фунта эвердьюпойса ( ровно 0,45359237 кг) и стандартного ускорения свободного падения , приблизительно 32,174049 фут/с ² (9,80665 м/с ² ). ^{[5] [6] [7]}

Стандартные значения ускорения стандартного гравитационного поля ( g _n ) и международного фунта эвердьюпойса (lb) дают в результате фунт-силу, равную 32.174 049  ⁠фут⋅фунт/с ²⁠ (4,4482216152605 N). ^[б]

$${\displaystyle {\begin{aligned}1\,{\text{lbf}}&=1\,{\text{lb}}\times g_{\text{n}}\\&=1\,{\text{lb}}\times 9.80665\,{\tfrac {\text{m}}{{\text{s}}^{2}}}/0.3048\,{\tfrac {\text{m}}{\text{ft}}}\\&\approx 1\,{\text{lb}}\times 32.174049\,\mathrm {\tfrac {ft}{s^{2}}} \\&\approx 32.174049\,\mathrm {\tfrac {ft{\cdot }lb}{s^{2}}} \\1\,{\text{lbf}}&=1\,{\text{lb}}\times 0.45359237\,{\tfrac {\text{kg}}{\text{lb}}}\times g_{\text{n}}\\&=0.45359237\,{\text{kg}}\times 9.80665\,{\tfrac {\text{m}}{{\text{s}}^{2}}}\\&=4.4482216152605\,{\text{N}}\end{aligned}}}$$

Это определение можно перефразировать в терминах слизняка . Слизняк имеет массу 32,174049 фунта. Фунт-сила — это количество силы, необходимое для ускорения слизняка со скоростью1 фут/с ² , поэтому:

$${\displaystyle {\begin{aligned}1\,{\text{lbf}}&=1\,{\text{slug}}\times 1\,{\tfrac {\text{ft}}{{\text{s}}^{2}}}\\&=1\,{\tfrac {{\text{slug}}\cdot {\text{ft}}}{{\text{s}}^{2}}}\end{aligned}}}$$

Перевод в другие единицы

Системы единиц фут-фунт-секунда (FPS)

В некоторых контекстах термин «фунт» используется почти исключительно для обозначения единицы силы, а не единицы массы. В этих приложениях предпочтительной единицей массы является слаг, т. е. фунт-сила- ^сек2 /фут. В других контекстах единица «фунт» относится к единице массы . Международным стандартным символом фунта как единицы массы является lb. ^[8]

В «инженерных» системах (средний столбец) вес единицы массы (фунт-масса) на поверхности Земли приблизительно равен единице силы (фунт-сила). Это удобно, поскольку масса в один фунт оказывает силу в один фунт из-за гравитации. Обратите внимание, однако, что в отличие от других систем единица силы не равна единице массы, умноженной на единицу ускорения ^[11] — использование второго закона Ньютона , F = m ⋅ a , требует другого множителя, g c , обычно принимаемого равным 32,174049 (фунт⋅фут)/(фунт⋅с ² ). «Абсолютные» системы являются когерентными системами единиц: используя слаг в качестве единицы массы, «гравитационная» система FPS (левый столбец) избегает необходимости в такой константе. СИ является «абсолютной» метрической системой с килограммом и метром в качестве базовых единиц.

Фунт тяги

Термин фунт тяги является альтернативным названием фунт-силы в определенных контекстах. Он часто встречается в американских источниках по реактивным двигателям и ракетной технике, некоторые из которых продолжают использовать обозначение FPS. Например, тяга, создаваемая каждым из двух твердотопливных ракетных ускорителей Space Shuttle , составляла 3 300 000 фунтов-силы (14,7  МН ), вместе 6 600 000 фунтов-силы (29,4 МН). ^{[12] [13]}

Смотрите также

• Фут-фунт (энергия)
• Тонна-сила
• Кип (единица)
• Масса в общей теории относительности
• Масса в специальной теории относительности
• Масса против веса для разницы между двумя физическими свойствами
• Ньютон
• Паундаль
• Фунты на квадратный дюйм , единица давления

Примечания и ссылки

1. Несмотря на свое название, эта система основана на традиционных единицах измерения США и используется только в США.
2. Международный фунт эвердьюпойс определяется как0,453 592 37  кг .

1. Стандартные буквенные обозначения единиц измерения IEEE (единицы СИ, общепринятые единицы дюйм-фунт и некоторые другие единицы), IEEE Std 260.1™-2004 (пересмотр IEEE Std 260.1-1993)
2. Флетчер, Лерой С.; Шоуп, Терри Э. (1978), Введение в инженерное дело, Prentice-Hall, ISBN 978-0135018583, LCCN  77024142, заархивировано из оригинала 2019-12-06 , извлечено 2017-08-03 .^{: 257}
3. "Масса и вес". engineeringtoolbox.com . Архивировано из оригинала 2010-08-18 . Получено 2010-08-03 .
4. Ускорение свободного падения меняется по поверхности Земли, в целом увеличиваясь от примерно 32,1 фута/с ² (9,78 м/с ² ) на экваторе до примерно 32,3 фута/с ² (9,83 м/с ² ) на полюсах.
5. BS 350 : Часть 1: 1974 Коэффициенты перевода и таблицы, Часть 1. Основы таблиц. Коэффициенты перевода . Британский институт стандартов. 1974. С. 43.
6. В 1901 году третья CGPM, архив 2012-02-07 в Wayback Machine, заявила (вторая резолюция), что:

   Значение, принятое в Международной службе мер и весов за стандартное ускорение свободного падения Земли, равно980,665 см/с ² , значение, уже указанное в законах некоторых стран.

   Это значение было общепринятым ориентиром для расчета килограмм-силы — единицы силы, использование которой было прекращено с введением системы СИ.

7. Барри Н. Тейлор, Руководство по использованию Международной системы единиц (СИ) , 1995, Специальная публикация NIST 811, Приложение B, примечание 24
8. IEEE Std 260.1™-2004, Стандартные буквенные обозначения IEEE для единиц измерения (единицы СИ, общепринятые единицы дюйм-фунт и некоторые другие единицы)
9. Комингс, Э. У. (1940). «Английские инженерные единицы и их размеры». Промышленная и инженерная химия . 32 (7): 984–987. doi :10.1021/ie50367a028.
10. Клинкенберг, Адриан (1969). «Американская инженерная система единиц и ее размерная константа g _c ». Промышленная и инженерная химия . 61 (4): 53–59. doi :10.1021/ie50712a010.
11. Единица ускорения — это единица расстояния, деленная на единицу времени в квадрате.
12. "Космические ракеты-носители - Space Shuttle". www.braeunig.us . Архивировано из оригинала 6 апреля 2018 г. . Получено 16 февраля 2018 г. . Тяга: комбинированная тяга 29,36 МН SL (максимальная тяга при запуске снижается на 1/3 через 50 с)
13. Ричард Мартин (12 января 2001 г.). «Из России, с 1 миллионом фунтов тяги». wired.com . Архивировано из оригинала 25 сентября 2019 г. . Получено 25 ноября 2019 г. .

Общие источники

• Оберт, Эдвард Ф. (1948). Термодинамика . Нью-Йорк: DJ Leggett Book Company. Глава I «Обзор измерений и единиц», стр. 1-24.