荷重測定とは?

●荷重測定とは?

荷重測定とは、接触によって発生するチカラを、測定器等を用いて、定められた基準との比較から数値と単位をもって表すことをいいます。

荷重測定のための、代表的な測定器として「フォースゲージ」が挙げられます。フォースゲージは、定められた基準量を単位として、発生するチカラを数値と記号を用いて示すことのできる基準物となる装置のことです。このような測定器を使用して、材料の破壊や変形による機械的強度、硬さや柔らかさの感覚、スイッチやブレーキなどの操作力・機能性など様々なチカラが数値化されています。

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●チカラとは?

物理学における力(チカラ)とは、「物体を変形させる」「物体の速度を変化させる」作用であり、その作用の大きさを表す物理量のことをいい、質量(m)×加速度(a)=力(F)で定義されます。チカラには、引張・圧縮・せん断・曲げ・摩擦等、様々な種類があり、それらの力の大きさは「N(ニュートン)」という単位で表します。

静止している状態でも、重力という力がはたらいており、この世の全てのものに、力は関係しています。地球上の重力加速度は、場所により異なりますが、国際協定標準値はg=9.80665m/s2とされています。例えば、静止している1kgの質量の物体にかかる力に大きさは、1(kg)×9.8(m/s2)=9.8(N)と計算され、約9.8Nということになります。

●トルクとは?

トルクとは、「物体の回転時にはたらく力の大きさ、ねじりモーメント(回す力・捻る力)」のことをいいます。トルクは、力に距離をかけた結果であり、力(F)×距離(L)=トルク(N)で定義され、トルクの単位は、「N・m(ニュートンメートル)」で表します。

力の作用点までの距離が大きくなれば、同じ力(F)の大きさでも、トルクは大きくなります。これは、「てこの原理」と同じです。例えば、ドアの取っ手を回して扉を開ける場合、取っ手が長いほうが簡単にドアを開けることができます。同じトルクが必要な場合、作用点からの距離(L)を長くすることで、小さい力(F)にすることができる、ということになります。

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●チカラの単位ニュートン(N)

イギリスの物理学者アイザック・ニュートンは、落下するリンゴを見て万有引力を思いついたという話があります。この「リンゴを見て」というのはつくり話だそうですが、現在力の単位として使われている「ニュートン(N)」は彼の功績を称えて名づけられた、とされています。

今ではあらゆるモノのチカラがこの「ニュートン(N)」という単位で測られています。

日本国内では、力の単位として「N(ニュートン)」を使うように計量法で決められていますが、他国では、kgf(キログラムフォース)、lbf(ポンドフォース)、ozf(オンスフォース)も使われています。

(例)1kgf ≒ 9.8N(約10倍)

1N ≒ 0.2248lbf

1lbf ≒ 16ozf

●トルクの単位ニュートンメートル(N・m)

日本国内では、トルク(力のモーメント)の単位として「N・m(ニュートンメートル)」「N・cm(ニュートンセンチメートル)」を使うように計量法で決められています。他国では、kgf・m(キログラムフォースメートル)や、lbf・in(ポンドインチ)という単位が使われています。

(例)1N・m = 100N・cm

1N・m ≒ 0.1kgf・m

1N・m ≒ 8.85lbf・in(1in = 0.254m)

●計量法における力の単位ニュートン(N)

平成5年11月1日施行された計量法により、法定計量単位として、力・力のモーメント・圧力・応力については、表1のSI単位系(国際単位系)を基本とした単位以外の取引又は証明に用いることができなくなりました。

現行計量法では、日本国内で、力の単位に「ニュートン(N)」を用いることは必須とされております。表1の状態を表すのに法定計量単位以外の目盛を付した計量器を日本国内での使用目的のために販売したり、販売のために陳列してはならないことになっています。

そのため、日本国内へは、法定単位目盛を付した製品を販売しております。

 

表1 「SI単位系に係る計量単位」(経済産業省)より一部抜粋

物象の状態の量 記号 計量単位
N ニュートン
力のモーメント N・m ニュートンメートル
圧力 Pa又はN/m2, bar パスカル又はニュートン毎平方メートル バール
応力 Pa又はN/m2 パスカル又はニュートン毎平方メートル
粘度 Pa・s又はN・s/m2 パスカル秒又はニュートン毎平方メートル

※力の従来の単位との換算値は1 kgf = 9.80665 Nとされています。

●接頭辞

長さを表す時、㎞(キロメートル)、cm(センチメートル)、mm(ミリメートル)などといいます。これらk(キロ)、c(センチ)、m(ミリ)は、SI単位系(国際単位系)において「接頭辞」といい、SI単位の十進の倍量単位または分量単位を作成するために、単一記号で表記するSI単位の前につけられます。

 

表2 接頭語と単位の関係

接頭語 読み 大きさ
N ナノ     1/1,000,000,000 (10億分の1)
μ マイクロ     1/1,000,000 (100万分の1)
m ミリ     1/1,000 (1,000分の1)
c センチ     1/100 (100分の1)
da デカ     10(倍)
k キロ     1,000(倍)
M メガ     1,000,000(100万倍)
G ギガ     1,000,000,000 (10億倍)

(例)1N = 100cN = 0.1daN

100kgf ≒ 1000N = 1kN = 100daN

1N・m = 100N・cm = 100cN・m