힘, 압력의 단위 계산 공식

1. 측정의 단위

측정의 단위는 SI unit(International System of Units)을 기반으로 한다. 

• M(mega) = one million or 10^6 times the basic unit
• K(kilo) = one thousand or 10^3 times the basic unit
• m(milli) = one thousand or 10^-3 times the basic unit
• MPA(mega pascal) = 1 million pascal

2. 힘의 단위

힘의 단위는, Force = Mass x Acceleration or F = MA

즉, 힘 = 질량 x 가속도

만약, 여기서 Acceleration(가속도)를 지구의 중력(Gravity)로 가정하면, 가속도는 9.8m/s^2 이다.

실제로 측정 오차 2%를 감악하면, 보통 가속도를 10m/s^2으로 인식하는 경우도 있다.

 

그래서 F = ma를 정리하자면, 

F = Kg x m/s^2 또는 Kg.m/s^2

 

그래서 힘의 단위를 공식적으로 뉴턴(Newton, N)으로 정의한다.

 

1 N은 가속도가 1m/s*s으로 움직이는 1 kg의 질량을 가진 물체에 작용하는 힘이다.

1 N = 1 Kg x 1m/s*s

 

1 Kg의 질량을 가진 물체에, 지구 중력(10m/s*s) 하에서 작용하는 힘은 10 N 이다.

1 Kg x 10m/s*s = 10N

 

이로부터 가정하면, 100g(1/10 Kg)은 1 N의 힘을 만들 수 있는 질량이다.

이 단위는 구조적으로 환산하기에 매우 작기 때문에 좀 더 큰 스케일의 단위로 계산하기 위해서 kN을 쓰게 되면

 

1 kN = 1,000 N

 

 

3. 압력의 단위

기본적인 압력의 단위는 파스칼(Pa)을 쓴다.

압력은 단위 면적에 작용하는 힘이다.

 

1 Pa = 1 N/m^2, 1 N per square metre

1 파스칼의 개념을 이해하기 위해서, 100g의 모래알을 1m x 1m의 공간에 평평하게 펼쳐 놓는다고 가정한다.

이것이 1m 로 정의된 공간에 작용하는 1파스칼의 압력이다.

 

이 압력의 단위는 너무 작기 때문에 kPa 또는 MPa을 일반적으로 사용한다.

 

1 kPa = 1,000 N/m*m

1000 N = 1 kN

그래서 1 kPa = 1 kN/m*m

 

MPa은 1,000,000 N/m*m이다. 

1,000,000 mm^2 = 1 m^2

그래서 1 MPa = 1 N/mm^2, 1 N per square millimetre

 

 

 

Units of measurement 

The units of measurement for structural calculations are based on the SI units (International System of Units). 

Basic units have lower case letters as their symbol such as m for metre, g for gram.

Prefixes are also used for larger or smaller values of a basic unit:

• mega (M) = one million or 106 times the basic unit
• kilo (k) = one thousand or 103 times the basic unit
• milli (m) = one thousandth or 10-3 times the basic unit.

A millimetre (mm) is one thousandth of a metre and a kilogram (kg) is 1000 grams.

Many of the units used in structural calculations are combinations of two or more other basic units. These are often complex and confusing to write, so they are given a name. Usually the name is based on some prominent person within that field of study, eg newton (N), pascal (Pa) etc.

These units have an upper case letter to denote them, for example:

• a kilonewton (kN) is 1,000 newtons
• a megapascal (MPa) is 1 million pascals.

Units of force

By definition, force = mass x acceleration or F = ma

The unit of acceleration is metres per second per second (m/s/s) or metre per second squared (m/s2). If the acceleration is gravity, the acceleration is 9.8 metres per second squared (9.8 m/s2). This figure is sometimes rounded off to 10 m/s2 which builds in a conservative factor of 2% on all load calculations.

So the units of force (in F = ma) are:

F = kg x m/s2 or kg.m/s2

This unit of force has been given the name newton (N).

A force of 1 N is the force when an acceleration of 1 m/s2 acts on a mass of 1 kg.

1 N = 1 kg x 1 m/s2

The force produced by 1 kg when acted on by gravity is: 1 kg x 10 m/s2 = 10 N

From this it follows that

will produce a force of 1 N.

This is a very small unit compared to the weight of a structure. Therefore a larger more useable unit is required. In structures the unit used is the kilonewton (kN) where:

1 kN = 1,000 N

Therefore to convert mass to force units (kN) suitable for structural calculations:

 

Units of pressure

Other loads that occur on buildings may be due to loads spread evenly over an area creating pressure. One such pressure is wind load which is the pressure wind exerts on a structure. The basic unit measurement for pressure is the pascal (Pa).

Pressure is force per unit area.

1 Pa = 1 N/m2, ie one newton per square metre

To get some idea of the size of one pascal, imagine 100 g of sand (about ½ cup) spread evenly over an area of 1 m2. This is the pressure exerted by one pascal. This unit is far too small for most structural calculations, therefore the larger units of kilopascals (kPa) and megapascals (MPa) are used.

A kilopascal is 1,000 N/m2, ie 1 kPa = 1,000 N/m2

and 1,000 N = 1 kN

so 1 kPa = 1 kN/m2

The megapascal is 1,000,000 N/m2 and there are 1,000,000 mm2 in 1 m2.

1 MPa = 1 N/mm2, ie one newton per square millimetre

 

 

<출처:dlsweb.rmit.edu.au>

https://www.dlsweb.rmit.edu.au/Toolbox/buildright/content/bcgbc4010a/01_loads_loading/units.htm

Units for structural principles