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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

SI単位系

材料力学を理解するためには、単位系について知る必要があります。

 

私達が日常に良く使う単位系として、メートル・キロ・秒などがあります。単位には、さまざまなものが存在しますが、機械設計では 「工学単位系」 と 「SI単位系」 の2つの単位系についての理解が必要となります。

 

日本では、長い間 「工学単位系」 が使われていました。1982年に計量法改正があり、日本でも順次、国際単位系であるSI単位系に移行されています。

 

実際の設計現場では、この2つの単位系が混合され使われることが多いので、その違いをしっかりと理解しておきましょう。

 

 

以下に工学単位系とSI単位系の比較表を示します。右のSI単位系が標準的に使われている単位系です。

 

 

工学単位系

SI単位系

質量 kg kg
重量 kgf
kgf N
圧力 kgf/m2 Pa
密度 kgf・s2/m4 kg/m3
モーメント kgf・m N・m

 

質量 と 重量 と 力 の違い

 

質量は物質のそのものが保有する量のことです。

 

砂糖 1g 、水 1kg など物質そのものが保有する量のことを質量といいます。

 

重量は物質に働く重力の大きさのことです。

 

地球には重力(引力)が働いています。月にも引力が働いていますが、地球の1/6の力です。

 

従って、
・地球上では
 水1kg の質量は 1kg 、 重量は 1kgf

 

・月では
 水1kg の質量は 1kg 、 重量は 1/6kgf

 

質量は物質そのものが保有する量なので、地球でも月でも同じ値となりますが、
重量は、その物体にはたらく重力の大きさとなりますので地球で60kgfの体重の人は月では10kgfになるということです。

 

力の単位

 

次に設計でよく使われる力の単位(kgfとN)についてです。これは本当によく使われますので記憶しておくことをおすすめします。

 

設計ではしばしばN(ニュートン)が力の単位として使われます。はじめての人が、100N(ニュートン)と聞いてもピンとこないはずです。なぜなら、N(ニュートン)という単位は日常で使うことがないからです。

 

そこで、はじめの間は、Nをkgfに置き換えて考えると良いです。
単位を換算すると、「1kgf = 9.8N 」となります。
つまり、100Nの場合、約10kgfとなります。10分の一にすれば良いのです。

 

(参考)
運動方程式より (力) = (質量) × (加速度) で表されます。 F = ma です。 理系出身の人は高校物理で学んでいるはずです。質量1kg の物体には 重力9.8m/s2 の重力加速度が生じます。

 

従って力Fは F = 1kg × 9.8 m/s2 となります。

 

1ニュートンは、1kgの質量をもつ物体に1メートル毎秒毎秒 (m/s2) の加速度を生じさせる力と定義されています。

 

よって、1kgの物体に働く重力は9.8Nとなります。 1kgf = 9.8N で単位換算ができます。

 

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