力の単位「ニュートン(N)」とは?定義やkgfとの換算方法を徹底解説!

綱引き

ニュートン(N)。

国際単位系の中で、力の強さを表す単位です。

しかしこのニュートンという単位、日常生活ではほとんど登場しないので、どんな単位なのかあまりピンと来ないところ、ありますよね。

そこで今回は、ニュートンという単位がどのようなものなのか徹底的にまとめてみました!

合わせて、ニュートンという単位の名前の由来や、工学の世界で良く使われている単位であるキログラム重(kgf)の定義と換算方法もお話していますので、ぜひ最後まで読んでみてくださいね(^^)

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ニュートン(N)の定義

それでは、早速ですがニュートン(N)の定義からお伝えします。こちらです。

ニュートン(N)の定義

1kgの質量を持つ物体に、1m/s2の加速度を生じさせる力

言葉では若干分かりづらいですので、図にするとこうなります。

1Nの定義

質量1kgの物体に1m/s2の加速度を与えるのに必要な力が1Nだったのですね。

※力の単位の定義にもなっている質量と加速度の定義については、別ページで詳しくお話していますので、気になる方はこちらをご参照ください。

加速度とは?求め方や単位の種類、実例などを徹底解説!

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1kgの定義とは?どのくらいの重さ?水1リットルと同じ?

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ただ、これで定義は分かりましたが、じゃあ実際にどのくらいの力なのかはまだ良く分からないですよね。

そこで実感できる1Nのちからの強さは、良く次のように言われています。

1Nの力の目安
100gの物体を持った時に感じる力

この表現であれば、どのくらいの力なのかとても良く分かりますよね!

100gの物体を持った時に感じる力が1Nであるのであれば、1Nの力はそんなに強くない力ですね。

しかしここで、なぜ1Nの力は100gの物体を持った時に感じる力になるのかという、新たな疑問も出てきます。

それを理解するにはもう一つの力の単位であるキログラム重(kgf)も知る必要が出てきますので、次の章からキログラム重についても見ていきたいと思います。

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キログラム重の定義

工学の世界で良く使われている、もう一つの力の単位であるキログラム重(kgf)の定義はこちらです。

キログラム重(kgf)の定義

1kgの質量を持つ物体にかかる重力の大きさ

さきほどのニュートンの定義とよく似ていますが、加速度の部分が重力に変わっていますね。

でも、実は重力というのも加速度なので、同じ定義の仕方になっているのです。

そして違うのは、その加速度の値だけ。

1Nは1m/s2の加速度を与える力ですが、重力の加速度は9.81m/s2なので、1kgfは1kgの物体に9.81m/s2の加速度を与える力ということになります。

図にすると、このような感じです。

1kgfの定義

こちらの力の単位は、とても分かりやすいですよね。

重力で発生する力がまさにそれになりますから、文字通り、その重さの物体を持った時に感じる力そのままです。

1kgfの力の目安
1kgの物体を持った時に感じる力

これで、ニュートンとキログラム重という2つの力の単位が理解できました!

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Nとkfgの換算式

この章では、ニュートンとキログラム重の換算方法をお話します。

前章でお話した定義を見てみると、換算する方法はすぐに分かりますよね。

二つの違いは1kgの物体に与える加速度の違いだけなので、換算式は下記の通りになります。

Nとkgfの換算式

  • x(N)=x/9.81(kgf)≒0.102x(kgf)
  • y(kgf)=9.81y(N)

このように、N→kgfの換算では9.81で割れば、kgf→Nの換算では9.81を掛ければ良いということです。特にややこしい計算もありませんから、分かればとても簡単ですね!

そして、この換算式が分かれば、第一章で生まれた疑問の、1Nの力の目安がなぜ100gの重さを持った時に感じる力なのかが分かります。

1Nをkgfに換算すると約0.1kgf=100gの物体にかかる重力の大きさとなりますから、100gの物体を持った時に感じる力が1Nの目安と言われているのですね。

また、下記にそれぞれの力の換算するための計算フォームを作りましたので、いろいろと計算して遊んでみてください。

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単位の名前の由来

最後はちょっと余談になりますが、力の単位の名前が「ニュートン」になった由来についてお話したいと思います。

もうお察しかもしれませんが、単位の由来はかの有名な物理学者「アイザック・ニュートン」です。17世紀ごろにイギリスで大活躍し、重力や微積分を発見した最も有名な物理学者のうちの一人ですね。

そんなニュートンの数々の功績の栄誉を称えて、力の単位を「ニュートン」という名前にすることが決まりました。

一見すると、人物の名前を単位にするなんてちょっと不思議な感じがしますが、実は普段私たちが日常で使っている単位にも、人物が由来のものがたくさんあります。

例を挙げると、下記の表のような単位がそうです。

単位名記号意味由来の人物
ニュートンNアイザック・ニュートン
パスカルPa圧力ブレーズ・パスカル
アンペアA電流アンドレ=マリ・アンペール
ボルトV電圧アレッサンドロ・ボルタ
ワットW電力ジェームズ・ワット
オームΩ電気抵抗ゲオルク・オーム
ヘルツHz周波数ハインリヒ・ヘルツ
摂氏(セルシウス度)温度アンデルス・セルシウス

天気予報で出てくる圧力の単位である「パスカル」や、電気製品を買うときによく見かける電力の単位である「ワット」も、実は有名な物理学者の名前が由来になっていたのです。

このうち、なぜか「ニュートン」だけ異常に違和感を感じてしまうのは、他の単位は日常生活で深く馴染んでいるものの物理学者の名前といったイメージは無いですが、ニュートンの場合は単位としてのイメージはほとんどないのに、「木からりんごを落ちるのを見て重力を発見したニュートン」というイメージが強烈に私たちの中にありますので、それが原因なのかもしれませんね。

まとめ

以上で、力の単位「ニュートン(N)」についての話を終わります。まとめると、下記の通りです。

  • 1Nの定義=1kgの物体に1m/s2の加速度を与える力
  • 1Nの目安は、100gの物体を持った時に感じる力
  • 1kgfの定義=1kgの物体に重力が掛かったときの力
  • 1kgf=9.81N(重力加速度が9.81m/s2のため)
  • N→kgfの換算は、9.81で割る
  • kgf→Nの換算は、9.81を掛ける

今まで、中学の理科でいきなり出てきたのは良いけれど、いまいちピンと来なかった力の単位である「ニュートン」なのですが、一度分かってしまったら全然難しいものではなかったのですね!

これでもう、ニュートンという力の単位がどのようなものなのか悩みながら生きていくことは無いですね(^^)

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