Фунт (сила)

Гравитационное притяжение Земли на массу в один фунт

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

Фунт-силу не следует путать с фунтом-массой (фунт), часто называемым просто «фунт», 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 силе гравитации, действующей на массу в один эвердупуа-фунт на поверхности Земли . С XVIII века эта единица используется для измерений низкой точности, при которых небольшими изменениями силы тяжести Земли (которая варьируется от экватора к полюсу до полпроцента) можно смело пренебречь. ^[4]

Однако в 20-м веке возникла необходимость в более точном определении, требующем стандартизированного значения ускорения свободного падения.

Произведение фунта эвердупуа и стандартной силы тяжести

Фунт-сила представляет собой произведение одного фунта эвердупуа ( точно 0,45359237 кг) и стандартного ускорения свободного падения , 9,80665 м/с ² (32,174049 фут/с ² ). ^{[5] [6] [7]}

Стандартные значения ускорения стандартного гравитационного поля ( g _n ) и международного фунта эвердупуа (lb) дают фунт-силу, равную 4,4482216152605 Н. ^[b]

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

Это определение можно перефразировать в терминах пули . Пуля имеет массу 32,174049 фунта. Фунт-сила — это величина силы, необходимая для ускорения пули со скоростью1 фут/с ² , поэтому:

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

Преобразование 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 таких случаях предпочтительной единицей массы является слиток, т.е. фунт-сила-с ² /фут. В других контекстах единица «фунт» относится к единице массы . Международный стандарт фунта как единицы массы — фунт. ^[8]

В «инженерных» системах (средний столбец) вес единицы массы (фунт-масса) на поверхности Земли примерно равен единице силы (фунт-сила). Это удобно, потому что масса в один фунт оказывает силу тяжести в один фунт. 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 еще одного множителя g c , обычно принимаемого для быть 32,174049 (фунт-фут)/(фунт-сила-с ² ). «Абсолютные» системы представляют собой последовательные системы единиц: используя пулю в качестве единицы массы, «гравитационная» система FPS (левый столбец) позволяет избежать необходимости в такой константе. СИ — это «абсолютная» метрическая система, в которой килограмм и метр являются базовыми единицами .

Фунт тяги

Термин «фунт тяги» является альтернативным названием фунт-сила в определенных контекстах. Его часто можно увидеть в американских источниках по реактивным двигателям и ракетной технике, некоторые из которых продолжают использовать обозначение FPS. Например, тяга каждого из двух твердотопливных ракетных ускорителей космического корабля «Шаттл» составляла 3 300 000 фунтов силы (14,7  МН ), а вместе — 6 600 000 фунтов силы (29,4 МН). ^{[12] [13]}

Смотрите также

• Фут-фунт (энергия)
• Тонна-сила
• Кип (единица измерения)
• Масса в общей теории относительности
• Масса в специальной теории относительности
• Масса и вес для разницы между двумя физическими свойствами
• Ньютон
• Паундаль
• Фунт на квадратный дюйм — единица давления.

Примечания и ссылки

1. Несмотря на свое название, эта система основана на обычных единицах измерения США и используется только в США.
2. Международный фунт эвердупуа определяется как точно0,453 592 37  кг .

1. Стандартные буквенные обозначения IEEE для единиц измерения (единицы СИ, обычные единицы дюйм-фунт и некоторые другие единицы), IEEE Std 260.1™-2004 (пересмотр стандарта IEEE 260.1-1993)
2. Флетчер, Лерой С.; Шуп, Терри Э. (1978), Введение в инженерию, Прентис-Холл, ISBN 978-0135018583, LCCN  77024142, заархивировано из оригинала 06 декабря 2019 г. , получено 3 августа 2017 г.^{: 257}
3. «Масса и вес». Engineeringtoolbox.com . Архивировано из оригинала 18 августа 2010 г. Проверено 3 августа 2010 г.
4. Ускорение силы тяжести варьируется по поверхности Земли, обычно увеличиваясь примерно от 9,78 м/с ² (32,1 фута/с ² ) на экваторе до примерно 9,83 м/с ² (32,3 фута/с ² ) на полюсах.
5. BS 350: Часть 1: 1974 Коэффициенты пересчета и таблицы, Часть 1. Основа таблиц. Коэффициенты пересчета . Британский институт стандартов. 1974. с. 43.
6. В 1901 году третья CGPM, заархивированная 7 февраля 2012 г. в Wayback Machine, заявила (вторая резолюция), что:

   Значение, принятое Международной службой мер и весов для стандартного ускорения силы тяжести Земли, равно980,665 см/с ² — значение, уже указанное в законах некоторых стран.

   Это значение было общепринятым эталоном для расчета килограмма-силы , единицы силы, использование которой устарело с момента введения 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, обычные единицы дюйм-фунт и некоторые другие единицы)
9. Комингс, EW (1940). «Английские инженерные единицы и их размеры». Промышленная и инженерная химия . 32 (7): 984–987. дои : 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. дои : 10.1021/ie50712a010.
11. Единица ускорения — это единица расстояния, деленная на единицу времени, возведенную в квадрат.
12. «Космические пусковые установки - космический шаттл» . www.braeunig.us . Архивировано из оригинала 6 апреля 2018 года . Проверено 16 февраля 2018 г. Тяга: комбинированная 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 тягой в 1 миллион фунтов». проводной.com . Архивировано из оригинала 25 сентября 2019 года . Проверено 25 ноября 2019 г.

Общие источники

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