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SI単位系 | 長さ | 面積 | 体積・容積 | 質量・重量 | 時間 | 速度・加速度 | 力・圧力・応力 | 仕事・熱量・エネルギー | 仕事率 | 温度 | 大きな数 | 小さな数


力・圧力・応力
力の単位

「質量・重量」の項目で、重量は重力加速度によって変化する、ということに触れました。「重量」は、あくまで重力を受けて物体が下向きに受ける力を計測した値だといえます。SI単位系が整備される以前から工学分野で使用されていた工学単位では、物質に重力が作用することによって下向きにはたらく力を「重量キログラム」という力の単位として定義していました。これは意味合いとしては「重量」と同じになり、数値も当然同じになります。ただし、重さの単位には「kg」、力の単位には「kgf」と、単位記号によって区別されています。

一方、SI単位系では「質量1kgの物体に、1m/s2の加速度を与える力の大きさ」を1kg・m/s2すなわち1N(ニュートン)としています。重力加速度(1G:9.807m/s2)の元で物体にはたらく下向きの力が、工学単位での「重量キログラム」なので、SI単位と工学単位の換算は下の表に示すように1kgf=9.807Nとなります。

ダインは、cm、g、sを基準としたCGS単位です。単位をバラして換算するとわかるように、1dyn=1×10-5Nとなります。
ヤード/ポンド法の力の単位はほとんど利用することはありませんが、参考のために掲載しています。

単位の名称 記号 換算・大きさの関係 備考
ニュートン N 1N=1kg・m/s2 SI組立単位
質量1kgの物体に、1m/s2の加速度を与える力の大きさ
ダイン dyn 1dyn=1g・cm/s2
1dyn=1×10-5N
質量1gの物体に、1cm/s2の加速度を与える力の大きさ
重量キログラム kgf 1kgf=9.807N
1N=0.102kgf
質量1kgの物体が、1G状態において垂直方向に受ける力の大きさ
パウンダル pdl 1pdl=1lb・ft/s2
1pdl=1.41×10-2kgf=0.1383N
質量1lbの物体に、1ft/s2の加速度を与える力の大きさ
重量ポンド lbf 1lbf=4.448N=0.4536kgf 質量1lbの物体が、1G状態において垂直方向に受ける力の大きさ


圧力・応力の単位

圧力・応力となると、下の表に示すように力の単位、面積の単位の組み合わせで数多くの単位が存在するのでかなりややこしくなってきます。

SI単位は「パスカル(Pa)」で、「1m2あたり1ニュートンの力が作用する圧力、または応力」と定義されます。これに100を意味する接頭語ヘクトをつけたものが、天気予報で気圧の単位として用いられているヘクトパスカル(hPa)ですね。以前は天気予報での気圧の単位はヘクトパスカルではなく、ミリバールが使われていたことを記憶されている方は多いと思います。バールの定義は、「1m2あたり1×105ニュートンの力が作用する圧力、または応力」なので、パスカルとの換算は1bar=1×105Paとなります。この両辺を1,000で割ると、1/1,000bar=100Pa、すなわち1mbar=1hPaとなり、ミリバールからヘクトパスカルに単位が変わってもその数値が変化しないことが理解できるでしょう。

工学単位のkgf/cm2は、ガス圧や油圧などを示す圧力計をはじめ、様々な工業分野で用いられてきました。圧力の単位の場合、ちょっとした数値の読み間違いや作業上のミスが大事故を誘発する危険性があるため、工学単位からSI単位への移行はなかなかスムーズには行かなかったようです。最終的に、商取引や各種証明書でkgf/cm2が使えなくなったのは、1999年10月のことでした。ガスボンベのゲージでも最近のものはほとんどMPaに表示が切り替わっています。
なお、工学単位のヤード/ポンド版ともいえるのが「psi(ポンド per インチの意)」で、一般的にはほとんど馴染みがないのですが、アメリカ製の装置類ではまだこの単位が使用されている場合もあるのでちょっと面食らってしまいます。

mmHgは血圧を測る時の単位としておなじみですね。水銀柱1mmの圧力が1mmHgで、標準大気圧は760mmHgです。また、mmHgは、水銀気圧計の原理の発明者トリチェリの名前をとって、「トル(Torr)」という呼び方もされます。mmHgとTorrは同じではあるのですが、Torrの方は、真空工学など、限られた分野でしか使用されていないようです。
水銀柱の代わりに水柱を用いた単位がmmH2Oです。これもほとんど見かけることのない単位です。

気圧は、読んで字のごとく大気の圧力のことで、標準の大気圧が1気圧(1atm)と定義されています。表には1気圧と他の代表的な単位との換算を示します。

単位の名称 記号 換算・大きさの関係 備考
パスカル Pa 1Pa=1N/m2=1kg・m/s2m2 SI組立単位
1m2あたり1ニュートンの力が作用する圧力、または応力
バール bar 1bar=1×105N/m2=1×105Pa 1m2あたり1×105ニュートンの力が作用する圧力、または応力
ニュートン毎平方ミリメートル N/mm2 1N/mm2=1MPa 1mm2あたり1ニュートンの力が作用する圧力、または応力
ダイン毎平方センチメートル dyn/cm2 1dyn/cm2=0.1Pa 1cm2あたり1ダインの力が作用する圧力、または応力
重量キログラム毎平方センチメートル kgf/cm2 1kgf/cm2=98.07kPa 1cm2あたり1kgfの力が作用する圧力、または応力
重量キログラム毎平方ミリメートル kgf/mm2 1kgf/mm2=9.807MPa 1mm2あたり1kgfの力が作用する圧力、または応力
重量ポンド毎平方インチ psi 1psi=1lbf/in2=6.895kPa 1in2あたり1lbfの力が作用する圧力、または応力
水銀柱ミリメートル mmHg 1mmHg=133.3Pa 水銀柱1mmの圧力
トル Torr 1Torr=133.3Pa 水銀柱1mmの圧力
水柱ミリメートル mmH2O 1mmH2O=9.807Pa 水柱1mmの圧力
気圧 atm 1atm=1013hPa(=101.3kPa)
=1013mbar(=1.013bar)
=1.033kgf/cm2
=760mmHg=760Torr
=14.7psi
大気の圧力

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