Libra (fuerza)

La atracción gravitatoria de la Tierra sobre una masa de una libra

La libra fuerza o libra-fuerza (símbolo: lbf ​​, ^[1] a veces lb _f , ^[2] ) es una unidad de fuerza utilizada en algunos sistemas de medición , incluidas las unidades de ingeniería inglesas ^[a] y el sistema pie-libra-segundo . ^[3]

La libra-fuerza no debe confundirse con la libra-masa (lb), a menudo llamada simplemente "libra", que es una unidad de masa ; tampoco deben confundirse con el pie-libra (ft⋅lbf), una unidad de energía , o la libra-pie (lbf⋅ft), una unidad de torsión .

Definiciones

La libra-fuerza es igual a la fuerza gravitatoria ejercida sobre una masa de una libra avoirdupois en la superficie de la Tierra . Desde el siglo XVIII, la unidad se ha utilizado en mediciones de baja precisión, para las cuales se pueden despreciar sin problemas pequeños cambios en la gravedad de la Tierra (que varía del ecuador al polo hasta en medio por ciento). ^[4]

Sin embargo, el siglo XX trajo consigo la necesidad de una definición más precisa, requiriendo un valor estandarizado para la aceleración debida a la gravedad.

Producto de la libra avoirdupois y la gravedad estándar

La libra-fuerza es el producto de una libra avoirdupois ( exactamente 0,45359237 kg) y la aceleración estándar debida a la gravedad , aproximadamente 32,174049 ft/s ² (9,80665 m/s ² ). ^{[5] [6] [7]}

Los valores estándar de aceleración del campo gravitacional estándar ( g _n ) y la libra avoirdupois internacional (lb) dan como resultado una libra-fuerza igual a 32.174 049  ⁠pie⋅lb/el ²⁠ (4.4482216152605 N). ^[b]

$${\displaystyle {\begin{aligned}1\,{\text{lbf}}&=1\,{\text{lb}}\times g_{\text{n}}\\&=1\,{\text{lb}}\times 9.80665\,{\tfrac {\text{m}}{{\text{s}}^{2}}}/0.3048\,{\tfrac {\text{m}}{\text{ft}}}\\&\approx 1\,{\text{lb}}\times 32.174049\,\mathrm {\tfrac {ft}{s^{2}}} \\&\approx 32.174049\,\mathrm {\tfrac {ft{\cdot }lb}{s^{2}}} \\1\,{\text{lbf}}&=1\,{\text{lb}}\times 0.45359237\,{\tfrac {\text{kg}}{\text{lb}}}\times g_{\text{n}}\\&=0.45359237\,{\text{kg}}\times 9.80665\,{\tfrac {\text{m}}{{\text{s}}^{2}}}\\&=4.4482216152605\,{\text{N}}\end{aligned}}}$$

Esta definición se puede reformular en términos de slug . Un slug tiene una masa de 32,174049 lb. Una libra-fuerza es la cantidad de fuerza necesaria para acelerar un slug a una velocidad de1 pie/s ² , entonces:

$${\displaystyle {\begin{aligned}1\,{\text{lbf}}&=1\,{\text{slug}}\times 1\,{\tfrac {\text{ft}}{{\text{s}}^{2}}}\\&=1\,{\tfrac {{\text{slug}}\cdot {\text{ft}}}{{\text{s}}^{2}}}\end{aligned}}}$$

Conversión a otras unidades

Sistemas de unidades pie-libra-segundo (FPS)

En algunos contextos, el término "libra" se utiliza casi exclusivamente para referirse a la unidad de fuerza y ​​no a la unidad de masa. En esas aplicaciones, la unidad de masa preferida es el slug, es decir, lbf⋅s ² /ft. En otros contextos, la unidad "libra" se refiere a una unidad de masa . El símbolo estándar internacional para la libra como unidad de masa es lb. ^[8]

En los sistemas de "ingeniería" (columna del medio), el peso de la unidad de masa (libra-masa) en la superficie de la Tierra es aproximadamente igual a la unidad de fuerza (libra-fuerza). Esto es conveniente porque una libra de masa ejerce una libra de fuerza debido a la gravedad. Sin embargo, tenga en cuenta que, a diferencia de los otros sistemas, la unidad de fuerza no es igual a la unidad de masa multiplicada por la unidad de aceleración ^[11] —el uso de la segunda ley de Newton , F = m ⋅ a , requiere otro factor, g c , que generalmente se toma como 32,174049 (lb⋅ft)/(lbf⋅s ² ). Los sistemas "absolutos" son sistemas coherentes de unidades: al usar el slug como unidad de masa, el sistema FPS "gravitacional" (columna de la izquierda) evita la necesidad de dicha constante. El SI es un sistema métrico "absoluto" con el kilogramo y el metro como unidades base.

Libra de empuje

El término libra de empuje es un nombre alternativo para libra-fuerza en contextos específicos. Se ve con frecuencia en fuentes estadounidenses sobre motores a reacción y cohetería, algunas de las cuales siguen utilizando la notación FPS. Por ejemplo, el empuje producido por cada uno de los dos cohetes propulsores sólidos del transbordador espacial fue de 3.300.000 libras-fuerza (14,7  MN ), en conjunto 6.600.000 libras-fuerza (29,4 MN). ^{[12] [13]}

Véase también

• Pie-libra (energía)
• Tonelada-fuerza
• Kip (unidad)
• Masa en la relatividad general
• Masa en relatividad especial
• Masa versus peso para la diferencia entre las dos propiedades físicas
• Newton
• Poundal
• Libras por pulgada cuadrada , una unidad de presión

Notas y referencias

1. A pesar de su nombre, este sistema se basa en unidades habituales de Estados Unidos y solo se utiliza en dicho país.
2. La libra avoirdupois internacional se define exactamente como0,453 592 37  kilogramos .

1. Símbolos de letras estándar IEEE para unidades de medida (unidades del SI, unidades de pulgada-libra habituales y ciertas otras unidades), IEEE Std 260.1™-2004 (revisión de IEEE Std 260.1-1993)
2. Fletcher, Leroy S.; Shoup, Terry E. (1978), Introducción a la ingeniería, Prentice-Hall, ISBN 978-0135018583, LCCN  77024142, archivado desde el original el 2019-12-06 , consultado el 2017-08-03 .^:257
3. "Masa y peso". engineeringtoolbox.com . Archivado desde el original el 2010-08-18 . Consultado el 2010-08-03 .
4. La aceleración debida a la gravedad varía sobre la superficie de la Tierra, aumentando generalmente desde aproximadamente 32,1 pies/s ² (9,78 m/s ² ) en el ecuador hasta aproximadamente 32,3 pies/s ² (9,83 m/s ² ) en los polos.
5. BS 350 : Parte 1: 1974 Factores de conversión y tablas, Parte 1. Base de las tablas. Factores de conversión . British Standards Institution. 1974. pág. 43.
6. En 1901 la tercera CGPM Archivado el 7 de febrero de 2012 en Wayback Machine declaró (segunda resolución) que:

   El valor adoptado en el Servicio Internacional de Pesas y Medidas para la aceleración estándar debida a la gravedad de la Tierra es980,665 cm/s ² , valor ya establecido en las leyes de algunos países.

   Este valor era la referencia convencional para calcular el kilogramo-fuerza , una unidad de fuerza cuyo uso ha quedado en desuso desde la introducción del SI.

7. Barry N. Taylor, Guía para el uso del Sistema Internacional de Unidades (SI) , 1995, Publicación especial 811 del NIST , Apéndice B, nota 24
8. IEEE Std 260.1™-2004, Símbolos de letras estándar IEEE para unidades de medida (unidades SI, unidades de pulgada-libra habituales y algunas otras unidades)
9. Comings, EW (1940). "Unidades de ingeniería inglesas y sus dimensiones". Química industrial e ingeniería . 32 (7): 984–987. doi :10.1021/ie50367a028.
10. Klinkenberg, Adrian (1969). "El sistema de ingeniería estadounidense de unidades y su constante dimensional g _c ". Química industrial e ingeniería . 61 (4): 53–59. doi :10.1021/ie50712a010.
11. La unidad de aceleración es la unidad de distancia dividida por la unidad de tiempo al cuadrado.
12. "Lanzadores espaciales - Transbordador espacial". www.braeunig.us . Archivado desde el original el 6 de abril de 2018. Consultado el 16 de febrero de 2018. Empuje: empuje combinado 29,36 MN SL (el empuje máximo en el lanzamiento se reduce en 1/3 después de 50 s)
13. Richard Martin (12 de enero de 2001). «From Russia, With 1 Million Pounds of Thrust» (Desde Rusia, con un millón de libras de empuje). wired.com . Archivado desde el original el 25 de septiembre de 2019. Consultado el 25 de noviembre de 2019 .

Fuentes generales

• Obert, Edward F. (1948). Termodinámica . Nueva York: DJ Leggett Book Company. Capítulo I, "Estudio de dimensiones y unidades", págs. 1-24.