Система единиц фут-фунт-секунда

Физическая система измерений, которая использует фут, фунт и секунду в качестве основных единиц.

Система фут-фунт-секунда ( система FPS ) — это система единиц, построенная на трех основных единицах: футе для длины , фунте (эвердьюпойс) для массы или силы (см. ниже) и секунде для времени . ^[1]

Варианты

В совокупности варианты системы FPS были наиболее распространённой системой в технических публикациях на английском языке до середины 20-го века. ^[1]

Ошибок можно избежать, а перевод между системами облегчить, маркируя все физические величины в соответствии с их единицами. Особенно в контексте системы FPS это иногда называют системой Страуда в честь Уильяма Страуда, который ее популяризировал. ^[2]

Фунт как единица массы

Когда фунт используется как единица массы, ядро ​​когерентной системы аналогично и функционально эквивалентно соответствующим подмножествам Международной системы единиц (СИ), использующей метр, килограмм и секунду (МКС), и более ранней системе единиц сантиметр-грамм-секунда (СГС). Эту систему часто называют Абсолютной английской системой . ^{[ необходима цитата ]}

В этой подсистеме единицей силы является производная единица, известная как фунтал . ^[1]

${\displaystyle \mathrm {1\,pdl} =\mathrm {1\,lb{\cdot }ft/s^{2}} .}$

Международным стандартным обозначением фунта как единицы массы, а не силы, является lb. ^[5]

Эверетт (1861) предложил метрическую дину и эрг в качестве единиц силы и энергии в системе FPS.

В «Словаре мер» Латимера Кларка (1891 г.) в качестве предлагаемых названий абсолютных единиц измерения FPS указаны celo (ускорение), vel или velo (скорость) и pulse (импульс).

Фунт как единица силы

Техническая или гравитационная система FPS ^[6] или британская гравитационная система — это последовательный вариант системы FPS, наиболее распространенный среди инженеров в Соединенных Штатах. Она принимает фунт -силу в качестве фундаментальной единицы силы вместо фунта в качестве фундаментальной единицы массы.

В этой подсистеме единицей массы является производная единица, известная как слаг . ^[1]

${\displaystyle \mathrm {1\,slug} =\mathrm {1\,lbf{\cdot }s^{2}/ft} .}$

В контексте гравитационной системы FPS фунт-сила (lbf) иногда называется фунтом (lb).

Фунт-сила как единица силы и фунт-масса как единица массы

Другой вариант системы FPS использует как фунт-массу, так и фунт-силу, но не слаг и не паундал. Полученная система иногда также известна как английская инженерная система . Несмотря на свое название, система основана на общепринятых единицах измерения Соединенных Штатов; она не используется в Англии. ^[6]

Другие единицы

Молярные единицы

Единицей измерения вещества в системе FPS является фунт-моль (фунт-моль) =273,16 × 10 ²⁴ . До того, как СИ решила принять грамм-моль, моль напрямую выводился из единицы массы как (единица массы)/(атомная единица массы). Единица (фунт-сила·с ² /фут)-моль также появляется в предыдущем определении атмосферы.

Электромагнитные блоки

Электростатические и электромагнитные системы в основном выводятся из единиц длины и силы. Как таковые, они являются готовыми расширениями любой системы, содержащей длину, массу, время. Стивен Дрезнер ^[7] приводит выведенные электростатические и электромагнитные единицы в системах фут-фунт-секунда и фут-слаг-секунда. На практике они больше всего связаны с системой сантиметр-грамм-секунда. В «Международных критических таблицах» 1929 года приводятся символы и системы fpse = FPS электростатической системы и fpsm = FPS электромагнитной системы. В разделе преобразований для заряда приведены следующие. Справочник CRC по химии и физике 1979 года (издание 60) также приводит fpse и fpsm в качестве стандартных сокращений.

Электромагнитный FPS (ЭМУ, стат-)

1 единица fpsm = 117,581866 единиц cgsm (биосекунда) ^{[ требуется разъяснение ]}

Электростатический FPS (ESU, ab-)

1 единица кадра в секунду = 3583,8953 единицы cgse (Франклин)

1 единица fpse = 1,1954588×10−7 ^абс кулонов

Единицы света

Свеча и фут-свеча были первыми определенными единицами света, определенными в Законе о столичном газе (1860). ^[8] Фут-свеча — это интенсивность света на расстоянии одного фута от стандартной свечи . Единицы были признаны на международном уровне в 1881 году и приняты в метрическую систему. ^[9]

Конверсии

Вместе с тем фактом, что термин «вес» используется для гравитационной силы в некоторых технических контекстах (физика, инженерия) и для массы в других (торговля, юриспруденция), ^[10] и что это различие часто не имеет значения на практике, сосуществование вариантов системы FPS вызывает путаницу относительно природы единицы «фунт». Его связь с международными метрическими единицами выражается в килограммах, а не в ньютонах, хотя и в более ранние времена он определялся посредством прототипа массы для сравнения с двухчашевыми весами , которые являются агностиками локальных гравитационных различий.

В июле 1959 года различные национальные стандарты фута и фунта эвердьюпойса были заменены международным футом, равным0,3048 м и международный фунт точно0,453 592 37  кг , что делает преобразование между системами вопросом простой арифметики. Преобразование для паундала дается как 1 pdl = 1 lb·ft/s ² =0,138 254 954 376  Н (точно). ^[1]

Для преобразования между абсолютной и гравитационной системами FPS необходимо зафиксировать стандартное ускорение g , которое связывает фунт с фунт-силой. ^{[ необходима ссылка ]}

${\displaystyle 1\,{\text{lbf}}=1\,{\text{lb}}\cdot g}$

Хотя g строго зависит от местоположения на поверхности Земли, с 1901 года в большинстве случаев он традиционно фиксируется на точном значении g ₀ = 9,806 65  м/с ² ≈ 32,174 05  фут/с ² . ^[1]

Смотрите также

• Система единиц метр-тонна-секунда (МТС)
• Система FFF

Ссылки

1. Кардарелли, Франсуа (2003), «Система фут–фунт–секунда (FPS)», Энциклопедия научных единиц, мер и весов: их эквиваленты в системе СИ и происхождение , Springer, стр. 51–55, ISBN 978-1-85233-682-0.
2. Хендерсон, Джеймс Б.; Годфри, К. (1924), «Система Страуда в преподавании динамики», The Mathematical Gazette , 12 (170): 99–105, doi :10.2307/3604647, JSTOR  3604647, S2CID  125929042.
3. Комингс, Э. У. (1940). «Английские инженерные единицы и их размеры». Промышленная и инженерная химия . 32 (7): 984–987. doi :10.1021/ie50367a028.
4. 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.
5. IEEE Std 260.1-2004, Стандартные буквенные обозначения IEEE для единиц измерения (единицы СИ, общепринятые единицы дюйм-фунт и некоторые другие единицы)
6. Coulson, JM; Richardson, JF; Backhurst, JR; Harker, JH (1999-11-08). Химическая инженерия, том 1: Течение жидкости, теплопередача и массообмен. Elsevier Science. ISBN 978-0-7506-4444-0.
7. Дрезнер, Стивен (1971). Единицы измерения . Нью-Йорк: Hastings House. С. 193–205.
8. Джеррард, Х. Г. (1985). Словарь научных единиц . Лондон: Chapman and Hall. стр. 24. ISBN 0412281007.
9. Фенна, Дональд (2003), Словарь мер и весов , ISBN 978-0-19-860522-5
10. Федеральный стандарт NIST 376B, стр. 13. Архивировано 16 августа 2010 г. на Wayback Machine.