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SI単位系
材料力学を理解するためには、単位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です。
単位系の「系」とは関連をなすもので、日本では、長い間 「工学単位系」 が使われていました。1992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 | kgf・s2/m | kg |
| 重量 | kgf | − |
| 力 | 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ですが、
重量は、その物質にはたらく重力の大きさですので地球で60kgfの体重の人は月では10kgfになるのです。
力の単位
次に設計でよく使われる力の単位はkgf（キログラム重）とN（ニュートン）です。この２つの単位はよく使いますので必ず理解しておきましょう。
近年の設計ではしばしばＮ（ニュートン）が力の単位として使われます。N（ニュートン）という単位は日常的にあまり使うことがありませんので、例えば、「この機械には1000N（ニュートン）の力がかかります」と言われてもその大きさが直感的に理解できないかもしれません。
そのようなときに、Nからkgfへの単位を換算して考えます。単位換算する場合は、「1kgf=9.8N」です。
つまり、1000Ｎの場合、約100kgfとなります。簡易的には1000Nのゼロを１つ削除して考えます。
（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公式です。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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