Kraft taucht in alltäglichen Spezifikationen und wissenschaftlichen Arbeiten in verschiedenen Einheitensystemen auf – Newton im SI, Pfund-Kraft in den in den USA üblichen Maßeinheiten, Kilogramm-Kraft in der älteren europäischen Technik und Dyn in der CGS-Physik. In diesem Artikel wird erklärt, was die einzelnen Einheiten bedeuten, wie sie zueinander in Beziehung stehen und wann Sie auf sie stoßen.
Warum es so viele Krafteinheiten gibt
Krafteinheiten entwickelten sich parallel zu verschiedenen Messsystemen. Das Newton (N) ist die SI-Einheit, die direkt aus dem zweiten Newtonschen Gesetz (F = ma) abgeleitet ist: Es braucht 1 Newton, um eine Masse von 1 kg mit 1 m/s² zu beschleunigen. Die Pfund-Kraft (lbf) stammt aus den in den USA üblichen Einheiten und ist definiert als das Gewicht einer Pfund-Masse unter normaler Erdschwerkraft – weshalb es sich eigentlich um eine von der Schwerkraft abhängige Einheit handelt, die als Krafteinheit getarnt ist. Die Kilogrammkraft (kgf), auch Kilopond genannt, spielt die gleiche Rolle in metrischen Ländern, die das SI-Newton noch nicht standardisiert hatten, und erscheint immer noch in älteren europäischen Drehmomentschlüsseln, Reifendruckmessgeräten und Federwaagen. Das Dyn gehört zum älteren CGS-System (Zentimeter-Gramm-Sekunde) und ist in der physikalischen Literatur, die sich mit sehr kleinen Kräften befasst, wie Molekül- oder Oberflächenspannungsmessungen, nach wie vor weit verbreitet.
Umrechnung zwischen Krafteinheiten
Die Umrechnung verwendet feste Definitionen: 1 kgf = 9,80665 N und 1 lbf = 4,4482216152605 N. Diese Beziehungen gelten überall, auch auf anderen Planeten. Die Normfallbeschleunigung definiert die Einheiten, nicht die örtliche Schwerkraft. Die Gewichtskraft eines Objekts, F = Masse × lokales g, ändert sich mit Höhe oder Planet. Berechnen Sie zuerst die Kraft mit lokalem g und rechnen Sie anschließend mit denselben festen Faktoren um.
Wenn jede Einheit zählt
Newton dominiert in Physikkursen, technischen Berechnungen und überall dort, wo SI-Einheiten die Norm sind – Strukturlasten werden normalerweise in Kilonewton (kN) ausgedrückt, da rohe Newtonwerte für Balken, Brücken und Fahrzeuge unhandlich werden. Die Pfund-Kraft taucht in US-Datenblättern für alles auf, von der Schubkraft von Raketentriebwerken bis hin zur Festigkeitsbewertung von Angelschnüren, und es ist die Einheit, nach der die meisten amerikanischen Ingenieure zuerst greifen. Die Kilogrammkraft existiert weiterhin in älteren europäischen und asiatischen Geräten – in kgf·m kalibrierte Drehmomentschlüssel, in kgf/cm² kalibrierte Reifenmessgeräte und Industriewaagen aus der Zeit vor der vollständigen SI-Einführung. Dyn ist meist auf physikalische und chemische Zusammenhänge beschränkt, in denen winzige Kräfte wie Oberflächenspannung (gemessen in Dyn/cm) oder Kräfte zwischen Molekülen gemessen werden, wobei ein Newton eine zu grobe Einheit wäre, um bequem damit arbeiten zu können.