F = ma on dynamiikan perusta. 1 newton antaa 1 kg:n massalle kiihtyvyyden 1 m/s². Jokainen tuntemasi voima on massaa, joka vastustaa kiihtyvyyttä.

• 1 N = 1 kg·m/s²
• Kaksinkertainen voima → kaksinkertainen kiihtyvyys
• Voima on vektori (sillä on suunta)
• Nettovoima määrää liikkeen

Paino on gravitaatiovoima: W = mg. Massasi on vakio, mutta paino muuttuu painovoiman mukaan. Kuussa painat 1/6 Maan painostasi.

• Massa (kg) ≠ Paino (N)
• Paino = massa × painovoima
• 1 kgf = 9,81 N Maassa
• Painottomuus kiertoradalla = sinulla on silti massaa

Kosketusvoimat koskettavat esineitä (kitka, jännitys). Kosketuksettomat voimat vaikuttavat etäisyyden päästä (painovoima, magnetismi, sähkö).

• Jännitys vetää köysiä/kaapeleita pitkin
• Kitka vastustaa liikettä
• Normaalivoima on kohtisuorassa pintoihin nähden
• Painovoima on aina vetävä, ei koskaan hylkivä

Newton (N) on SI-perusyksikkö. Määritelty perusvakioista: kg, m, s. Käytetään kaikessa tieteellisessä työssä.

• 1 N = 1 kg·m/s² (tarkka)
• kN, MN suurille voimille
• mN, µN tarkkuustyöhön
• Yleismaailmallinen tekniikassa/fysiikassa

Voimayksiköt perustuvat Maan painovoimaan. 1 kgf = voima, joka tarvitaan pitämään 1 kg painovoimaa vastaan. Intuitiivinen, mutta sijainnista riippuvainen.

• kgf = kilogramma-voima = 9,81 N
• lbf = pauna-voima = 4,45 N
• tonf = tonni-voima (metrinen/lyhyt/pitkä)
• Painovoima vaihtelee ±0,5% Maassa

Dyne (CGS) pienille voimille: 1 dyne = 10⁻⁵ N. Poundal (imperiaalinen absoluuttinen) on harvoin käytetty. Atomi-/Planck-voimat kvanttiskaaloille.

• 1 dyne = 1 g·cm/s²
• Poundal = 1 lb·ft/s² (absoluuttinen)
• Atomiyksikkö ≈ 8,2×10⁻⁸ N
• Planckin voima ≈ 1,2×10⁴⁴ N

1.: Esineet vastustavat muutosta (inertia). 2.: F=ma kvantifioi sen. 3.: Jokaisella toiminnalla on yhtä suuri ja vastakkainen reaktio.

• Laki 1: Ei nettovoimaa → ei kiihtyvyyttä
• Laki 2: F = ma (määrittelee newtonin)
• Laki 3: Toiminta-reaktio -parit
• Lait ennustavat kaiken klassisen liikkeen

Voimat yhdistyvät vektoreina, eivät yksinkertaisina summina. Kaksi 10 N voimaa 90° kulmassa muodostavat 14,1 N (√200), eivät 20 N.

• Suuruus + suunta vaaditaan
• Käytä Pythagoraan lausetta kohtisuorille voimille
• Yhdensuuntaiset voimat lasketaan/vähennetään suoraan
• Tasapaino: nettovoima = 0

Neljä perusvoimaa hallitsee maailmankaikkeutta: painovoima, sähkömagnetismi, vahva ydinvoima, heikko ydinvoima. Kaikki muu on niiden yhdistelmiä.

• Painovoima: heikoin, ääretön kantama
• Sähkömagneettinen: varaukset, kemia
• Vahva: sitoo kvarkit protoneihin
• Heikko: radioaktiivinen hajoaminen

Rakennukset kestävät valtavia voimia: tuuli, maanjäristykset, kuormat. Pylväät ja palkit on suunniteltu kN-MN voimille.

• Sillan kaapelit: 100+ MN jännitys
• Rakennuksen pilarit: 1-10 MN puristus
• Tuuli pilvenpiirtäjässä: 50+ MN sivusuunnassa
• Turvallisuuskerroin tyypillisesti 2-3×

Rakettien työntövoima mitataan meganewtoneina. Lentokoneiden moottorit tuottavat kilonewtoneita. Jokainen newton on tärkeä painovoimasta pakenemisessa.

• Saturn V: 35 MN työntövoima
• Boeing 747 -moottori: 280 kN kukin
• Falcon 9: 7,6 MN laukaisussa
• ISS:n radankorjaus: 0,3 kN (jatkuva)

Momenttiavaimet, hydrauliikka, kiinnikkeet on kaikki mitoitettu voiman mukaan. Kriittistä turvallisuudelle ja suorituskyvylle.

• Auton pyöränmutterit: 100-140 N·m vääntömomentti
• Hydraulinen puristin: 10+ MN kapasiteetti
• Pultin jännitys: tyypillisesti kN-alueella
• Jousivakiot N/m tai kN/m

Jaa 10:llä arviota varten: 100 N ≈ 10 kgf (tarkka: 10,2)

• 1 kgf = 9,81 N (tarkka)
• 10 kgf ≈ 100 N
• 100 kgf ≈ 1 kN
• Nopeasti: N ÷ 10 → kgf

1 lbf ≈ 4,5 N. Jaa N 4,5:llä saadaksesi lbf.

• 1 lbf = 4,448 N (tarkka)
• 100 N ≈ 22,5 lbf
• 1 kN ≈ 225 lbf
• Päässälasku: N ÷ 4,5 → lbf

1 N = 100 000 dyneä. Siirrä vain desimaalipilkkua 5 paikkaa.

• 1 dyne = 10⁻⁵ N
• 1 N = 10⁵ dyneä
• CGS -> SI: ×10⁻⁵
• Harvoin käytetty nykyään

Saturn V -raketin työntövoima: 35 MN. Muunna pauna-voimiksi.

35 MN = 35 000 000 N. 1 N = 0,22481 lbf. 35M × 0,22481 = 7,87 miljoonaa lbf

70 kg henkilö. Paino Maassa vs. Marsissa (g = 3,71 m/s²)?

Maa: 70 × 9,81 = 686 N. Mars: 70 × 3,71 = 260 N. Massa sama, paino 38 %.

Sillan kaapeli kannattaa 500 tonnia. Mikä on jännitys MN:nä?

500 metristä tonnia = 500 000 kg. F = mg = 500 000 × 9,81 = 4,9 MN

Leuan puremalihas tuottaa 400 N purentavoiman (900 lbf). Krokotiili: 17 kN. Sukupuuttoon kuollut Megalodon: 180 kN – tarpeeksi auton murskaamiseen.

Kirppu hyppää 0,0002 N voimalla, mutta kiihtyy 100g:n voimalla. Sen jalat ovat jousia, jotka varastoivat energiaa ja vapauttavat sen nopeammin kuin lihas voi supistua.

Lähellä mustaa aukkoa vuorovesivoima venyttää sinua: jalkasi tuntevat 10⁹ N enemmän kuin pääsi. Tätä kutsutaan 'spagettifikaatioksi'. Sinut revittäisiin atomi atomilta.

Kuun painovoima aiheuttaa vuorovedet 10¹⁶ N voimalla Maan valtameriin. Maa vetää Kuuta takaisin 2×10²⁰ N voimalla – mutta Kuu karkaa silti 3,8 cm/vuosi.

Hämähäkinseitti katkeaa ~1 GPa:n jännityksessä. 1 mm² poikkipinta-alalla oleva lanka kannattaisi 100 kg (980 N) – painoonsa nähden vahvempaa kuin teräs.

AFM tuntee voimia aina 0,1 nanonewtoniin (10⁻¹⁰ N) asti. Se voi havaita yhden atomin kohoumia. Kuin tuntisi hiekanjyvän kiertoradalta.

Newton julkaisee Principia Mathematica -teoksen, määritellen voiman F = ma ja kolme liikelakia.

Pierre Bouguer mittaa painovoimaa vuorilla ja huomaa vaihteluita Maan painovoimakentässä.

Cavendish punnitsee Maan vääntövaa'alla, mitaten massojen välistä painovoimaa.

British Association määrittelee 'dynen' (CGS-yksikkö) 1 g·cm/s²:ksi. Myöhemmin newton otettiin käyttöön SI-järjestelmässä.

CGPM määrittelee newtonin kg·m/s²:ksi SI-järjestelmää varten. Se korvaa vanhat kgf- ja tekniset yksiköt.

SI otetaan virallisesti käyttöön maailmanlaajuisesti. Newtonista tulee yleismaailmallinen voimayksikkö tieteessä ja tekniikassa.

Atominvoimamikroskooppi keksitään, ja se havaitsee piconewton-voimia. Se mullistaa nanoteknologian.

SI-uudelleenmäärittely: newton on nyt johdettu Planckin vakiosta. Perustavanlaatuisesti tarkka, ei fyysistä artefaktia.

Massa (kg) on aineen määrä; paino (N) on kyseiseen massaan kohdistuva painovoima. Massa pysyy vakiona; paino muuttuu painovoiman mukaan. Painat Kuussa 1/6, mutta sinulla on sama massa.

Newton on absoluuttinen – se ei riipu painovoimasta. kgf/lbf olettavat Maan painovoiman (9,81 m/s²). Kuussa tai Marsissa kgf/lbf olisivat väärin. Newton toimii kaikkialla maailmankaikkeudessa.

Keskivertohenkilö: 400 N työntö, 500 N veto (lyhytaikaisesti). Treenatut urheilijat: 1000+ N. Maailmanluokan maastaveto: ~5000 N (~500 kg × 9,81). Purentavoima: keskimäärin 400 N, maksimissaan 900 N.

Kip = 1000 lbf (kilopauna-voima). Yhdysvaltain rakennusinsinöörit käyttävät kipejä siltojen/rakennusten kuormiin välttääkseen suurten lukujen kirjoittamista. 50 kipiä = 50 000 lbf = 222 kN.

Harvoin. Dyne (CGS-yksikkö) esiintyy vanhoissa oppikirjoissa. Nykyaikainen tiede käyttää millinewtoneita (mN). 1 mN = 100 dyneä. CGS-järjestelmä on vanhentunut, paitsi joillakin erikoisaloilla.

Paino ON voima. Kaava: F = mg. Esimerkki: 70 kg henkilö → 70 × 9,81 = 686 N Maassa. Kuussa: 70 × 1,62 = 113 N. Massa (70 kg) ei muutu.