파운드힘
1. 개요
파운드힘(lbf)은 1 파운드의 질량에 표준 중력 가속도를 곱하여 정의되는 힘의 단위이다. 1 파운드힘은 약 4.44822 뉴턴(N)에 해당하며, FPS(피트-파운드-초) 단위계에서 사용된다. 파운드힘은 추력의 단위로도 사용되며, 특히 제트 엔진 및 로켓 공학 분야에서 활용된다.
| 이름 | 파운드힘 |
|---|---|
| 영어 이름 | Pound-force |
| 기호 | lbf, lb |
| 단위계 | FPSG |
| 물리량 | 힘 |
| SI 단위 | (일본의 계량법에서는 ) |
| 유도 | 질량 1 파운드의 물체에 표준 중력 가속도와 같은 가속도를 발생시키는 힘 |
| 어원 | 질량 1파운드 물체의 지구상 무게 |
-
힘의 단위 -
뉴턴 (단위)
뉴턴(N)은 힘의 단위로, 1 킬로그램의 질량을 1 미터 매 초 제곱의 가속도로 가속하는 데 필요한 힘으로 정의되며, 국제 단위계(SI)의 힘의 표준 단위로 사용된다. -
힘의 단위 -
다인
다인은 CGS 단위계에서 힘을 나타내는 단위로, 1그램의 질량을 1초 제곱 당 1센티미터로 가속하는 데 필요한 힘이며, 표면 장력 측정에 주로 사용된다. -
영미 단위계 -
제곱마일
제곱마일은 야드파운드법과 미국 단위계에서 사용되는 면적 단위로, 한 변이 1마일인 정사각형의 넓이이며, 2.589988110336 제곱킬로미터 또는 640 에이커에 해당한다. -
영미 단위계 -
피트
피트는 다양한 정의와 기원을 가진 길이 단위로, 국제적으로는 0.3048 미터로 정의된 국제 피트가 표준이며, 역사적으로 여러 종류가 사용되었고 현재는 특정 분야에서 널리 쓰인다. -
미국 단위계 -
제곱마일
제곱마일은 야드파운드법과 미국 단위계에서 사용되는 면적 단위로, 한 변이 1마일인 정사각형의 넓이이며, 2.589988110336 제곱킬로미터 또는 640 에이커에 해당한다. -
미국 단위계 -
피트
피트는 다양한 정의와 기원을 가진 길이 단위로, 국제적으로는 0.3048 미터로 정의된 국제 피트가 표준이며, 역사적으로 여러 종류가 사용되었고 현재는 특정 분야에서 널리 쓰인다.
2. 정의
파운드힘은 지구 표면에서 1 상형 파운드 질량에 작용하는 지구 중력과 거의 같다. 18세기경부터 사용되기 시작했지만, 중력가속도의 값은 장소에 따라 다르기 때문에 파운드힘의 값은 엄밀한 것은 아니었다. 따라서 파운드힘은 지구 중력의 미미한 변화를 대체로 무시할 수 있는 낮은 정밀도 측량에서 이용되었다.
그러나 20세기에 들어서 더 정확한 정의가 필요해짐에 따라 표준화된 중력 가속도 값을 사용하게 되었다. 1901년 국제 도량형 총회(CGPM)에서 킬로그램힘과 함께 표준 중력가속도가 정해졌는데, 그 값은 9.80665 m/s² (대략 32.17405 ft/s²)이다. 이 값을 야드파운드법으로 환산하여 파운드힘의 값을 엄밀하게 정할 수 있게 되었다.
1 파운드힘은 질량 1 파운드의 물체에 표준 중력가속도(9.80665 m/s²)와 같은 가속도를 일으키게 하는 힘으로 정의된다. 간단히 말하면, 질량 1 파운드인 물체가 지구상에서 갖는 무게이다.
2.1. 환산
1 파운드힘은 정확하게 4.4482216152605 뉴턴(N)이다. 대한민국에서는 1 파운드힘을 4.44822 N으로 정의한다.
| 정의 |
|---|
| 1 파운드힘 ≡ 1 파운드 × 중력에 의한 표준 중력가속도 |
| 1 파운드힘 ≡ 0.45359237 kg × 9.80665 m/s2 = 4.4482216152605 N = 32.17405 lbm·ft/s2 |
3. 단위 환산
| ([[국제단위계|SI]] 단위)>| 다인 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 N (뉴턴) | ≡ 1 kg·m/s² | = 105 dyn | ≈ 0.10197 kp | ≈ 0.22481 lbf | ≈ 7.2330 pdl |
| 1 dyn (다인) | = 10−5 N | ≡ 1 g·cm/s² | ≈ 1.0197×10−6 kp | ≈ 2.2481×10−6 lbf | ≈ 7.2330×10−5 pdl |
| 1 kp (킬로폰드) | = 9.80665 N | = 980665 dyn | ≡ gn·(1 kg) | ≈ 2.2046 lbf | ≈ 70.932 pdl |
| 1 lbf (파운드힘) | ≈ 4.448222 N | ≈ 444822 dyn | ≈ 0.45359 kp | ≡ gn·(1 lb) | ≈ 32.174 pdl |
| 1 pdl (파운달) | ≈ 0.138255 N | ≈ 13825 dyn | ≈ 0.014098 kp | ≈ 0.031081 lbf | ≡ 1 lb·ft/s² |
| 킬로그램힘의 공식적 정의에 사용되는 gn 값은 여기에 있는 모든 중력 단위에 사용된다. | |||||
4. 피트-파운드-초(FPS) 단위계
어떤 맥락에서는 "파운드"라는 용어가 질량 단위가 아닌 힘의 단위를 지칭하는 데 거의 독점적으로 사용된다. 이러한 적용 분야에서 선호되는 질량 단위는 슬러그(lbf⋅s2/ft)이다. 다른 맥락에서 "파운드" 단위는 질량 단위를 지칭한다. 질량 단위로서의 파운드의 국제 표준 기호는 lb이다.
문맥에 따라 "파운드"라는 단어를 질량 단위가 아닌 힘의 단위로 사용할 수 있다. 이 경우 질량 단위로는 lbf·s2/ft로 정의되는 슬러그(slug)를 사용한다. 파운드를 질량 단위로 사용하는 경우에도, 모호성을 피하기 위해 "질량 파운드"(pounds-mass, lbm)라는 표현을 사용하기도 한다.
"공학" 시스템에서 지구 표면에서의 질량 단위(파운드-질량)의 무게는 대략 힘 단위(파운드-힘)와 같다. 이것은 1 파운드 질량이 중력으로 인해 1 파운드 힘을 가하기 때문에 편리하다. 그러나 다른 시스템과 달리 힘 단위는 질량 단위에 가속도 단위를 곱한 것과 같지 않다는 점에 유의해야 한다.
"절대" 시스템은 단위의 일관된 시스템이다. 슬러그를 질량 단위로 사용함으로써 "중력" FPS 시스템은 그러한 상수가 필요하지 않도록 한다.
영국 공학 단위계(EE)에서는 질량 단위로 질량 파운드(lbm)를 사용하고, 힘(무게) 단위로 파운드힘(lbf)을 사용한다. 지구상에서는 1 질량 파운드에 작용하는 중력이 1 파운드힘과 거의 같기 때문에 편리하다. 하지만, 다른 단위계와 같이 힘의 단위가 질량 단위에 가속도 단위를 곱한 것과 같지 않다.
영국 중력 단위계(BG)와 FPS 절대 단위계(AE)는 일관성 있는 단위계이다. BG는 파운드를 힘의 단위로 사용하고, 질량 단위로 슬러그를 사용한다. AE는 파운드를 질량 단위로 사용하고, 힘의 단위로 파운달을 사용한다.
5. 추력
우주왕복선의 두 우주왕복선 고체 로켓 부스터 각각이 생산하는 추력은 14.7MN이며, 총 29.4MN이다.