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(一)在国际单位制中,所有单位分为三类:

(1)基本单位;(2)导出单位;(3)辅助单位。

(1)基本单位是国际单位制的基础,共有七个单位。在这些基本单位中,和力学有关的只是三个单位。

表1:国际单位制基本单位示例

名 称

代 号

长度

质量

时间

公斤(千克)

M

S

(2)导出单位是借助乘或除的数学符号通过代数式用基本单位表示的单位,有些导出单位已具有特有代号。

表2:基本单位表示的国际单位制导出单位示例

 

 

国际单位制

名称

代号

面积

体积

速度

加速度

密度

平方米

立方米

米每秒

米每平方秒

公斤(千克)每立方米

m3

m/s

m/s2

㎏/m3

表3:具有专门名称的国际单位制导出单位示例

 

 

国 际 单 位 制

名称

代号

用其它国际制单位表示的关系式

用国际制基本单位表示的关系式

频率

应力

能、功

功率

赫兹

牛顿

帕斯卡

焦耳

瓦特

Hz

N

Pa

J

W

 

 

N/m2

N.m

J/s

S-1

m.kg.s-2

m-1.kg.s-2

m2.kg.s-2

m2.kg.s-³

(3)辅助单位是尚未规定它们是属于基本单位还是导出单位的个别国际单位。这类单位目前有两个,只有弧度与力学有关。辅助单位可用于构成导出单位,如角速度和角加速度的单位等。

由表3可以看出,在国际单位制中力的单位属于导出单位。根据∑f=ma(第二定律:质点受到力作用时所获得的加速度的大小与合力的大小成正比,与质点的质量成反比;加速度的方向与合力的方向相同。)中质量、加速度与力的关系,质量为1公斤(㎏)的物体,若在某一力的作用下正好获得1米/秒²(m/s²)的加速度,则这个力的大小应为1单位,规定的专门名词就叫1牛顿(N)。所以牛顿(N)与基本单位长度(m)、质量(Kg)、时间(s)的关系式是:

[牛顿(N)]=[质量单位]X[加速度单位]=m.kg.s-2

如表3所示。

 

(二)工程单位制

在力学和工程学中,过去常采用工程单位制。它是以长度、时间和力这三种量的单位为基本单位的,其它力学量的单位都由这三种基本单位通过力学公式导出,为导出单位。例如,取长度单位为米、时间单位为秒、力的单位为公斤,则质量的单位就可根据式∑f=ma导出:

[工程质量单位]=[力的单位]÷[加速度单位]=公斤/米.秒-2=公斤.秒²÷米 (kgf.s²/m)

这个单位没有专门名称,称为工程质量单位。显然,如果物体在1公斤力的作用下,能获得1米/秒2的加速度时,该物体的质量就是1工程质量单位。

所谓1公斤力(kgf)就是在纬度45º的海平面上质量为1公斤的物体所受的重力。国际计量委员会在实验基础上规定的标准重力加速度之值为9.8米/秒2,故由式∑f=ma知:

1公斤力(kgf)=1公斤质量(kg)X9.8(m/s2)=9.8牛顿(N)

而由式∑f=ma又可以看出:1公斤力即9.8牛顿的力产生1(m/s2)加速度时的质量应为9.8公斤,故:

1工程质量单位的质量=9.8公斤

 

(三)应用例

斯坦利在金属带材的分剪加工中,在保证成品卷整体刚性的同时,收卷张力站施与材料的拉紧力不能超过材料屈服极限。将材料的屈服强度通过转换公式来设置张力站的压力。压力表显示压力的单位是kg/mm²,钢厂材质书及相关标准使用MPa单位,需先统一单位。见表3国际单位制体现力的量是牛顿(代号N)1kg=9.8N;体现应力的量是帕斯卡(代号Pa);Pa用其它国际制单位表示的关系式是N/m2或MPa= N/ mm²,应用数学单位换算:

1Mpa=106Pa(N/m2)=N/mm2=(1 / 9.8) kg/mm2

 

力学单位制