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Newton (Einheit)

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Physikalische Einheit
EinheitennameNewton
EinheitenzeichenN{\displaystyle \mathrm {N} }
Physikalische GrößeKraft
FormelzeichenF;G{\displaystyle F;\,G}
DimensionMLT2{\displaystyle {\mathsf {M\;L\;T^{-2}}}}
SystemInternationales Einheitensystem
InSI-Einheiten1N=1kgms2{\displaystyle \mathrm {1\,N=1\;{\frac {kg\,m}{s^{2}}}} }
InCGS-Einheiten1N=105dyn=105gcms2{\displaystyle \mathrm {1\,N=10^{5}\;dyn=10^{5}\;{\frac {g\,cm}{s^{2}}}} }
Benannt nachIsaac Newton
Abgeleitet vonKilogramm,Meter,Sekunde

DasNewton [ˈnjuːtn] (Einheitenzeichen: N, benannt nach dem PhysikerIsaac Newton) ist dieSI-Einheit der physikalischen GrößeKraft. Ausgedrückt in denBasiseinheitenKilogramm (kg),Meter (m) undSekunde (s) lautet die Definition:

1N=1kgms2{\displaystyle 1\,\mathrm {N} =1\,{\frac {\mathrm {kg} \cdot \mathrm {m} }{\mathrm {s} ^{2}}}}
Mit zwei verschiedenenKraft­messern wird jeweils die Gewichts­kraft eines Wägestückes in der Einheit Newton (N) bestimmt.

Geschichte

Der Name „Newton“ wurde 1913 auf der 5.Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) als Maßeinheit desMKS-Systems für die Kraft vorgeschlagen.[1] Auf der 9. CGPM 1948 wurde das Newton dann auf Vorschlag derInternationalen Union für Physik[2] offiziell in den Katalog der benannten Einheiten aufgenommen.[3]

Bis zum Jahr 1978 wurde im sogenanntentechnischen Maßsystem die EinheitKilopond (kp) für die Kraft verwendet. Ein Kilopond verkörpert dasGewicht einer Masse von 1 kg beiStandardschwerkraft. Daraus ergibt sich ein Umrechenfaktor von1 kp = 9,80665 N beziehungsweise1 N ≈ 0,10197 kp. Gegenüber dem Kilopond hat das Newton den Vorzug, dass sich die Grundgleichung der MechanikF=ma{\displaystyle {\vec {F}}=m{\vec {a}}} ohne Proportionalitätsfaktor schreiben lässt, weil sich das Newton direkt aus den Basiseinheiten für Masse, Länge und Zeit ergibt (Kohärenz).

Veranschaulichungen

Dynamische Beispiele (Geschwindigkeitsveränderungen)

Ein Newton ist die Größe der Kraft, die aufgebracht werden muss, um einen ruhenden Körper derMasse 1 kg innerhalb einer Sekunde gleichförmig auf dieGeschwindigkeit1ms{\displaystyle 1\,{\tfrac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}} zubeschleunigen.

Oder:

Ein Newton ist die Größe der Kraft, die aufgebracht werden muss, um einem Körper der Masse 1 kg die Beschleunigung1ms2{\displaystyle 1\,{\tfrac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} ^{2}}}} zu erteilen.

Oder:

Ein Newton ist die Größe der Kraft, die aufgebracht werden muss, um bei einer geradlinigen Bewegung die Geschwindigkeit eines Körpers der Masse 1 kg innerhalb einer Sekunde gleichförmig um1ms{\displaystyle 1\,{\tfrac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}} zu ändern.

Statische Beispiele

Wenn man dieGewichtskraft eines Objektes in einemSchwerefeld angeben will (was üblicherweise in Newton erfolgt), ist das zu unterscheiden von derMasse des Objektes, die in Kilogramm angegeben wird. AlsFaustregel gilt: 1 kg entspricht auf derErdoberfläche etwa 10 N, diese Größen sind aber, so wie deren Einheiten kg und N, grundverschieden. Da die mittlereErdbeschleunigung (der sog. Ortsfaktor) auf Meereshöhe9,81ms2{\displaystyle 9{,}81\,{\tfrac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} ^{2}}}} beträgt, erfährt ein Körper der Masse 1 kg dort eine Gewichtskraft von 9,81 N. Umgekehrt ist 1 Newton die Gewichtskraft, die auf einen Körper mit der Masse 102 Gramm wirkt.

Die Masse in Kilogramm (kg) entspricht näherungsweise der Gewichtskraft in Dekanewton (daN).

Maximalbelastungen von Fußböden werden oft in Newton oderNewton pro Quadratmeter angegeben. Auch die Reißfestigkeit von Seilen (z. B. Abschleppseilen) oder die Belastungsgrenze von Kränen wird oft in Newton angegeben – oder sie wurde mittels obiger Faustformel in eine zulässige Masse umgerechnet: Man teilt die zur Krafteinheit Newton gehörendeMaßzahl durch 10, um die zur Masseneinheit Kilogramm gehörende Maßzahl zu erhalten. Beispiel: ein Seil mit der Belastungsgrenze 3000 N kann maximal 300 kg tragen.

Gebräuchliche Vielfache

Das Einheitenzeichen kann mit den üblichenVorsätzen für Maßeinheiten kombiniert werden. Gebräuchlich sind:

  • MN,Meganewton (1.000.000 Newton) ist eine Einheit, die bei Schubkräften großer Feststoffraketen (wie etwa beimSpace-Shuttle) verwendet wird.
  • kN,Kilonewton (1.000 Newton) ist die übliche Einheit für Kräfte im Bauwesen (1 kN entspricht etwa der Gewichtskraft einer Masse von 100 kg), außerdem der Schubkraft vonStrahl- undRaketentriebwerken für Flugzeuge und große Raketen sowie der Zug- und Bremskraft fürLokomotiven und Eisenbahn-Triebfahrzeuge.
  • daN,Dekanewton (10 Newton) ist eine Einheit, die z. B. in derHebetechnik wie auch beiLadungssicherung zur Angabe derTragfähigkeit oder derBruchfestigkeit vonSeilen oderGurten verwendet wird und entspricht etwa der Gewichtskraft, die auf eine Masse von 1 kg wirkt(1 daN ≈ 1 kp). Ein Seil mit einer Bruchlast von 1000 daN kann daher ungefähr 1000 kg tragen.
  • cN,Centinewton oderZentinewton (0,01 Newton) ist eine übliche Einheit bei der Beschreibung der Festigkeit vonFasern undGarnen (z. B. cN/dtex) und entspricht auf der Erde etwa der Gewichtskraft, die auf eine Masse von 1 Gramm wirkt.
  • mN,Millinewton (0,001 Newton) ist die übliche Einheit der Schubkraft vonIonentriebwerken.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Tagungsbericht der 5. Generalkonferenz für Maß und Gewicht, 1913, Seite 51 und 56 (abgerufen am 11. November 2019), französisch
  2. Tagungsbericht der 9. Generalkonferenz für Maß und Gewicht, 1948, Seite 60 (abgerufen am 26. Mai 2020), französisch
  3. Resolution 7 of the 9th CGPM (1948). Writing and printing of unit symbols and of numbers. Bureau International des Poids et Mesures, abgerufen am 12. April 2021 (englisch). 
SI-Einheiten
SI-Basiseinheiten

Sekunde |Meter |Kilogramm |Ampere |Kelvin |Mol |Candela

Abgeleitete SI-Einheiten
mit besonderem Namen

Radiant •Steradiant |Hertz |Newton •Pascal •Joule •Watt |Coulomb •Volt •Farad •Ohm •Siemens •Weber •Tesla •Henry |Grad Celsius |Lumen •Lux |Becquerel •Gray •Sievert |Katal

Zum Gebrauch mit dem SI
zugelassene Einheiten

Minute •Stunde •Tag |Astronomische Einheit |Winkelgrad •Winkelminute •Winkelsekunde |Hektar |Liter |Tonne •Atomare Masseneinheit |Elektronenvolt |Neper •Bel, Dezibel

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