磅达转牛顿:一个忠于自己定义的单位
两个绝对单位,一个想法
一磅达是让一磅质量获得每秒一英尺每二次方秒加速度的力,这就是它的全部定义。重力的强度在其中毫无踪影。牛顿是用公制执行的同一个构造:一千克、一米、一秒。所以这与其说是一次单位替换,不如说是两个绝对单位之间的会面,而连接它们的倍率,是在磅和英尺上做出来的算术。
从第一原理搭起的英制牛顿
把两个定义并排放,相似之处一目了然。一磅达把 0.45359237 千克加速到 0.3048 米每二次方秒,乘出来是 0.138254954376 牛顿。一个牛顿则把整整一千克加速到整一米每二次方秒。因为两个定义都没有提到行星的引力,所以两个单位在轨道上、在火星上,或者在 g 是麻烦而不是常数的实验室里,都是同一个意思。
磅达转牛顿一览
日常量程两侧的数值,从一个小机构提供的力,到一台不大的火箭发动机的推力。
| 磅达 (pdl) | 牛顿 (N) |
|---|---|
| 1 | 0.138254954376 |
| 10 | 1.38254954376 |
| 25 | 3.4563738594 |
| 50 | 6.9127477188 |
| 100 | 13.8254954376 |
| 1000 | 138.254954376 |
一个有原则的单位为什么还是输了
磅达内部是自洽的,而自洽被证明并不够。英国工程界早已选定磅力:一磅质量在海平面上重一磅力,秤上的数字就等于算式里的数字。那份方便压过了绝对定义的纯粹。随后牛顿随公制而来,为其他所有人做完了同样的事,把磅达留在了教科书和少数专门角落里。
一个值得记住的倍率
大约七个磅达合一个牛顿;精确地说,一磅达是 0.138255 牛顿。要核对结果,就反过来算——把牛顿值除以 0.138255,最初那个磅达数应该重新出现。当答案偏差了十倍,罪魁几乎总是小数点,而不是常数取错。
常见问题
磅达到底是什么?
它是让一磅质量获得每秒一英尺每二次方秒加速度的力。这个构造只用到磅和英尺,所以这个单位不欠任何特定地点的重力什么——这是英国科学促进会在 1870 年代有意做出的选择。
0.138255 这个倍率是怎么来的?
来自两个定义相乘。一磅达把 0.45359237 千克加速到 0.3048 米每二次方秒,这两个数字给出 0.138254954376 牛顿。公布出来的倍率是那个值取六位小数。
今天还有地方用磅达吗?
工程里很少,较早的英美教科书里偶尔出现,还有在保持内部一致的斯拉格-磅达-秒方案的空气动力学写作里。现代工作大多用牛顿,所以一个磅达数值通常是读到的,而不是写下的。
磅达和斯拉格是什么关系?
斯拉格是同一个绝对方案里配套的质量单位:一磅达作用在一斯拉格上,产生每秒一英尺每二次方秒。这个方案自洽却陌生,因为它用一个重约三十二倍的单位替换了磅质量。
牛顿为什么能取代一个搭得这么小心的单位?
因为牛顿随一整套公制和一个国际标准组织一同到来,而磅达是在自己的传统内部和磅力竞争。一个站得住的定义不会自己获胜,被采用才会。