من النيوتن إلى الرطل-قوة: التحويل الذي أضاع مسبار المريخ
ما الذي يفعله هذا التحويل
الرطل-قوة هو الدفع الذي يبذله رطل واحد من الكتلة تحت الجاذبية القياسية، وما زال الوحدة المكتوبة على المخططات الإنشائية الأمريكية والبريطانية وعلى تصنيفات الكابلات وبيانات محركات الصواريخ. فمرحلة أولى يبلغ دفعها 7600000 نيوتن هي آلة بـ 1.7 مليون رطل-قوة في نظر المهندسين الذين بنوا فوهتها. والضرب في 0.2248 يعطي الرقم الذي يتوقع ذلك الفريق قراءته، دون أن تتغير القوة الفيزيائية بمقدار غرام واحد.
وحدة جاذبية في عالم مطلق
يُعرَّف الرطل-قوة بأنه وزن رطل أفوروديبواه واحد تحت الجاذبية القياسية، وهذا يثبّته عند 4.44822 نيوتن. وهذا يجعله مريحاً في كل ما يُوزن أو يُرفع على الأرض، ومرتبكاً قليلاً في أي مكان آخر، لأن الجسم نفسه يجذب على القمر بسدس هذه القوة. فرقم النيوتن يسافر معك، أما رقم الرطل-قوة فمرتبط بالسطح الذي قيس عليه.
جدول تحويل النيوتن إلى الرطل-قوة
قوى تظهر على المخططات وبيانات الأداء الحقيقية، من مصافحة حازمة إلى معزّز صاروخي. الصفوف العليا هي حيث يتوقف انزلاق الوحدة عن كونه خطأ تقريب ويصبح فشلاً في مهمة.
| نيوتن (N) | رطل-قوة (lbf) |
|---|---|
| 1 | 0.2248089431 |
| 10 | 2.248089431 |
| 100 | 22.48089431 |
| 500 | 112.40447155 |
| 1000 | 224.8089431 |
| 9806.65 | 2204.62262185 |
| 10000 | 2248.089431 |
لماذا ضاع مسبار المريخ عام 1999
تحطم مسبار المناخ المريخي في الغلاف الجوي في سبتمبر 1999 لأن فريقين استخدما وحدتين مختلفتين. سلّم فريق التصنيع دفع الدافعات بوحدة رطل-قوة-ثانية، وقرأ فريق الملاحة تلك الأرقام على أنها نيوتن-ثانية. ولذلك كان كل تصحيح للمسار أقوى بنحو 4.45 مرة من المقصود، فدخل المدار المخطط ليمرّ بمحاذاة الكوكب إلى داخله بدلاً من ذلك. كلفت المهمة نحو 125 مليون دولار، وكان الخطأ حسابياً لا هندسياً.
تحقق من اتجاه المعامل
يسهل حفظ المعاملين معكوسين. فعند الانتقال من النيوتن إلى الرطل-قوة يصغر الرقم، لأن الرطل-قوة وحدة أكبر؛ وعند العكس يكبر بمعامل 4.44822. فإذا تحول حمل مقداره 100 نيوتن إلى 448 رطل-قوة، فالقسمة جرت في الاتجاه الخطأ والناتج أكبر نحو عشرين مرة.
الأسئلة الشائعة
كم يساوي 100 نيوتن بالرطل-قوة؟
يساوي 22.48 رطل-قوة. اضرب 100 في 0.2248 فينتج 22.48 مباشرة. ودفع بهذا المقدار يقارب وزن سندان من 10 كيلوغرامات على طاولة، وهو نحو خُمس ما يرفعه شخص قوي بكلتا يديه.
كيف أطاح خطأ وحدات بمسبار فضائي؟
حمل المسبار دافعات سُلّم دفعها بوحدة رطل-قوة-ثانية، بينما كان برنامج الطيران الذي يستهلك الرقم يتوقع نيوتن-ثانية. والوحدتان تفترقان بمعامل 4.45، فكانت كل دفعة يتلقاها المسبار أقوى عدة مرات مما يظنه الملاحون. فدخل الغلاف الجوي المريخي على ارتفاع خاطئ وتدمّر هناك.
هل الرطل-قوة هو الرطل الذي يظهر على الميزان؟
الميزان المدرَّج بالرطل يعرض رطل-قوة، لأن النابض أو مقياس الانفعال يقيس دفعاً لا كمية مادة. فالرطل الذي يذكره هو القوة التي يبذلها رطل من الكتلة تحت جاذبية الأرض. وعلى القمر سيقرأ الجهاز نفسه نحو سُدس الرقم، ولهذا تُبنى الموازين المخبرية لتقارن الكتل بدلاً من ذلك.
كم نيوتناً في الرطل-قوة الواحد؟
بالضبط 4.4482216152605، وهي قيمة يثبّتها الرطل الدولي والجاذبية القياسية. وعملياً يكتب المهندسون 4.4482 أو 4.45 ببساطة، ولا يظهر الفرق إلا في الأحمال الضخمة جداً. فشد كابل بـ 1000 رطل-قوة يساوي 4448.22 نيوتن.
أي صناعات ما زالت تحدد الأحمال بالرطل-قوة؟
الطيران والهندسة المدنية في الولايات المتحدة، ومعها معظم معايير الضغط والعزم واختبار المواد الأمريكية. فأسطوانة الخرسانة تُسحق بالرطل-قوة، وكابل الرافعة يُصنَّف بالرطل-قوة، ومنصة اختبار الصاروخ تبلّغ عن الدفع بالطريقة نفسها. أما المخططات المترية الصادرة عن الشركات ذاتها فتحمل الرقمين جنباً إلى جنب.