重量ポンド

重量ポンド(じゅうりょうポンド、: pound-force、記号: lbf, lbf)は、ヤード・ポンド法FPS単位系(英国工学単位系、英国重力単位系)で用いられるまたは重量の単位である[1]米国以外では、使われることがまれで、米国内でも公式には使われない。

じゅうりょうポンド
重量ポンド
pound-force
記号 lbf, lbf
FPS重力単位系
SI 4.448 221 615 2605 N、日本の計量法では(正確に)4.448 22 N
定義 質量1 lbの物体に対して標準重力加速度と同じ加速度を生じさせる力
由来 質量1ポンドの物体の地球上における重量

定義

1重量ポンドは、質量1ポンド物体に対して標準重力加速度(9.806 65 m/s2、196 133/6096 ft/s2)と同じ加速度を生じさせる力と定義される。簡単に言えば、質量1ポンドの物体の地球上における重量である。

重量ポンドは18世紀ごろから使われ始めたが、重力加速度の値は場所によって異なるため、重量ポンドの値は厳密なものではなかった。1901年国際度量衡総会 (CGPM) において重量グラム、重量キログラムとともに標準重力加速度が定められた。その値をヤード・ポンド法に換算することで、重量ポンドの値を厳密に定めることができるようになった。

標準重力加速度の値を使うと、1重量ポンドは正確に4.4482216152605ニュートンとなる。英国では、この14桁の数値が公式の換算値である[2]。日本の計量法体系では、1重量ポンドは正確に4.44822ニュートンと定義されている[3]。これは、英国の公式換算値を小数5桁に丸めたものである。

FPS単位系

文脈によっては、「ポンド」という言葉を質量の単位ではなく力の単位として用いる。この場合、質量の単位には、lbf·s2/ftとして定義されるスラグ(slug)を用いる。ポンドを質量の単位として用いる場合でも、曖昧さを回避するために「質量ポンド」(pounds-mass、lbm)の語を用いることがある。

力学の単位の3つのアプローチ[4][5]
基本単位 力・長さ・時間 重さ・長さ・時間 質量・長さ・時間
(F) F = ma = wa/g F = ma/gc = wa/g F = ma = wa/g
重さ (w) w = mg w = mg/gcm w = mg
単位系 BGGM EEM AECGSMTSSI
加速度 (a) ft/s2m/s2 ft/s2m/s2 ft/s2Galm/s2m/s2
質量 (m) slugslug lbmkg lbgtkg
力 (F) lbkgf lbFkgf pdldynsnN
圧力 (p) lb/in2at PSIatm pdl/ft2BapzPa

英国工学単位系(EE)では、質量の単位に質量ポンド、力(重量)の単位に重量ポンドを用いる。地球上においては、1質量ポンドに働く重力は1重量ポンドにほぼ等しいので都合が良い。ただし、他の単位系のように、力の単位が質量の単位に加速度の単位[6]を掛けた物と等しくない。つまり、ニュートンの運動の第2法則 F = m·a を書き表すのに、1以外の比例定数が必要になる。その値は、標準重力加速度 gc = 32.174049 lbm·ft/lbf·s2 である。

英国重力単位系(BG)とFPS絶対単位系(AE)は、1以外の比例定数を必要としない一貫性のある単位系である。BGはポンドを力の単位とし、質量の単位にスラグを用いる。AEはポンドを質量の単位とし、力の単位にパウンダルを用いる。

出典

  • Obert, Edward F., “THERMODYNAMICS”, D.J. Leggett Book Company Inc., New York 1948; Chapter I, Survey of Dimensions and Units, pages 1-24.
  1. The Engineering ToolBox
  2. RELEVANT IMPERIAL UNITS, CORRESPONDING METRIC UNITS AND METRIC EQUIVALENTS The Units of Measurement Regulations 1995, pound-forceの欄
  3. 計量単位令 別表第7 項番9、「力」の項、重量ポンド、「ニュートンの四・四四八二二倍」
  4. Michael R. Lindeburg (2011). Civil Engineering Reference Manual for the Pe Exam. Professional Publications. ISBN 1591263417
  5. Wurbs, Ralph A, Fort Hood Review Sessions for Professional Engineering Exam, http://engineeringregistration.tamu.edu/tapedreviews/Fluids-PE/PDF/Fluids-PE.pdf 2011年10月26日閲覧。
  6. 長さの単位を時間の単位の二乗で除した物

    関連項目

    力の単位
    変換後
    ニュートンSI単位)
    N
    ダイン
    dyn
    重量キログラム
    kgf
    重量ポンド
    lbf
    パウンダル
    pdl
    変換前 1 N =1 kg·m/s2 =105 dyn ≈0.10197 kgf ≈0.22481 lbf ≈7.2330 pdl
    1 dyn =105 N =1 g·cm/s2 ≈1.0197×106 kgf ≈2.2481×106 lbf ≈7.2330×105 pdl
    1 kgf =9.80665 N =980665 dyn =gn·(1 kg) ≈2.2046 lbf ≈70.932 pdl
    1 lbf =4.4482216152605 N ≈444822 dyn ≈0.45359 kgf =gn·(1 lb) ≈32.174 pdl
    1 pdl =0.138254954376 N ≈13825 dyn ≈0.014098 kgf ≈0.031081 lbf =1 lb·ft/s2
    重量ポンドの値は、公式には重量キログラムによって定義されている標準重力加速度 gn を用いて計算している。
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