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파운드힘

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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.

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파운드힘
단위 정보
이름파운드힘
영어 이름Pound-force
기호lbf, lb
단위계FPSG
물리량
SI 단위(일본의 계량법에서는 )
유도질량 1 파운드의 물체에 표준 중력 가속도와 같은 가속도를 발생시키는 힘
어원질량 1파운드 물체의 지구상 무게
단위 변환

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.[18]

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.[19][20] 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.[21] 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

(SI 단위)다인
(dyn)킬로그램힘
(kgf)파운드힘
(lbf)파운달
(pdl)1 N (뉴턴)≡ 1 kg·m/s²= 105 dyn≈ 0.10197 kp≈ 0.22481 lbf≈ 7.2330 pdl1 dyn (다인)= 10−5 N≡ 1 g·cm/s²≈ 1.0197×10−6 kp≈ 2.2481×10−6 lbf≈ 7.2330×10−5 pdl1 kp (킬로폰드)= 9.80665 N= 980665 dyn≡ gn·(1 kg)≈ 2.2046 lbf≈ 70.932 pdl1 lbf (파운드힘)≈ 4.448222 N≈ 444822 dyn≈ 0.45359 kp≡ gn·(1 lb)≈ 32.174 pdl1 pdl (파운달)≈ 0.138255 N≈ 13825 dyn≈ 0.014098 kp≈ 0.031081 lbf≡ 1 lb·ft/s²킬로그램힘의 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.[8]

문맥에 따라 "파운드"라는 단어를 질량 단위가 아닌 힘의 단위로 사용할 수 있다. 이 경우 질량 단위로는 lb''f''·s2/ft로 정의되는 슬러그(slug)를 사용한다. 파운드를 질량 단위로 사용하는 경우에도, 모호성을 피하기 위해 "질량 파운드"(pounds-mass, lb''m'')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.[9]

"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 단위[17]를 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.

역학 단위의 세 가지 접근 방식[15][16]
기본 단위힘・길이・시간무게・길이・시간질량・길이・시간
힘 (F)colspan=2|colspan=2|colspan=4|
무게 (w)colspan=2|colspan=2|colspan=4|
단위계BGEEAECGSMTSSI(MKS)
가속도 (a)1ft/s21ft/s21ft/s2Gal1m/s21m/s2
질량 (m)sluglbmlbgtkg
힘 (F)lblbFpdldynsnN
압력 (p)lb/in2PSIpdl/ft2BapzPa


5. 추력

우주왕복선의 두 우주왕복선 고체 로켓 부스터 각각이 생산하는 추력은 14.7MN이며, 총 29.4MN이다.[10][11]

참조

[1] 간행물 IEEE Standard Letter Symbols for Units of Measurement (SI Units, Customary Inch-Pound Units, and Certain Other Units) IEEE 2004
[2] 서적 Introduction to Engineering https://books.google[...] Prentice-Hall 2017-08-03
[3] 웹사이트 Mass and Weight http://www.engineeri[...] 2010-08-03
[4] 문서
[5] 서적 BS 350 : Part 1: 1974 Conversion factors and tables, Part 1. Basis of tables. Conversion factors British Standards Institution 1974
[6] 웹사이트 third CGPM http://www1.bipm.org[...] 2012-02-07
[7] 웹사이트 Guide for the Use of the International System of Units (SI) http://arquivo.pt/wa[...] NIST 1995
[8] 간행물 IEEE Standard Letter Symbols for Units of Measurement (SI Units, Customary Inch-Pound Units, and Certain Other Units) IEEE 2004
[9] 문서
[10] 웹사이트 Space Launchers - Space Shuttle http://www.braeunig.[...] 2018-02-16
[11] 뉴스 From Russia, With 1 Million Pounds of Thrust https://www.wired.co[...] 2001-01-12
[12] 웹사이트 The Engineering ToolBox http://www.engineeri[...]
[13] 웹사이트 RELEVANT IMPERIAL UNITS, CORRESPONDING METRIC UNITS AND METRIC EQUIVALENTS http://www.legislati[...] The Units of Measurement Regulations 1995, pound-forceの欄
[14] 웹사이트 計量単位令 https://laws.e-gov.g[...] 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」
[15] 서적 Civil Engineering Reference Manual for the Pe Exam Professional Publications
[16] 서적 Fort Hood Review Sessions for Professional Engineering Exam http://engineeringre[...] 2011-10-26
[17] 문서
[18] 문서
[19] 웹사이트 third CGPM http://www1.bipm.org[...] 2012-02-07
[20] 웹사이트 Guide for the Use of the International System of Units (SI) http://physics.nist.[...] NIST 2016-05-15
[21] 문서



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