Fuß-Pfund-Sekunde-System der Einheiten

Das Fuß-Pfund-Sekunden-System ( FPS-System ) ist ein Einheitensystem, das auf drei fundamentalen Einheiten basiert: dem Fuß für die Länge , dem (Avoirdupois-)Pfund für Masse oder Kraft (siehe unten) und der Sekunde für die Zeit . ^{[ 1 ]}

Zusammengenommen waren die Varianten des FPS-Systems bis Mitte des 20. Jahrhunderts das am weitesten verbreitete System in englischsprachigen technischen Publikationen. ^{[ 1 ]}

Fehler lassen sich vermeiden und die Umrechnung zwischen den Systemen wird erleichtert, indem alle physikalischen Größen einheitlich mit ihren Einheiten gekennzeichnet werden. Insbesondere im Kontext des FPS-Systems ist dies manchmal als Stroud-System bekannt, benannt nach William Stroud , der es bekannt gemacht hat. ^{[ 2 ]}

Wird das Pfund als Masseeinheit verwendet, ist der Kern des kohärenten Systems ähnlich und funktional äquivalent zu den entsprechenden Teilmengen des Internationalen Einheitensystems (SI), das Meter, Kilogramm und Sekunde (MKS) verwendet , sowie dem älteren Zentimeter-Gramm-Sekunde-System (CGS). Dieses System wird oft als das absolute englische Einheitensystem bezeichnet .

In diesem Teilsystem ist die Einheit der Kraft eine abgeleitete Einheit, das sogenannte Poundal . ^{[ 1 ]}

${\displaystyle \mathrm {1\,pdl} =\mathrm {1\,lb{\cdot }ft/s^{2}} .}$

Das internationale Standardsymbol für das Pfund als Einheit der Masse und nicht der Kraft ist lb. ^{[ 5 ]}

Everett (1861) schlug das metrische Dyn und Erg als Einheiten für Kraft und Energie im FPS-System vor.

Latimer Clarks (1891) „Dictionary of Measures“ enthält celo (Beschleunigung), vel oder velo (Geschwindigkeit) und pulse (Impuls) als vorgeschlagene Namen für FPS absolute Einheiten.

Das technische oder gravitative FPS-System ^{[ 6 ]} bzw. britische Gravitationssystem ist eine kohärente Variante des FPS-Systems, die unter Ingenieuren in den Vereinigten Staaten am weitesten verbreitet ist. Es verwendet die Pound-Force als Basiseinheit der Kraft anstelle des Pound als Basiseinheit der Masse.

In diesem Teilsystem ist die Masseeinheit eine abgeleitete Einheit, die als Slug bezeichnet wird . ^{[ 1 ]}

${\displaystyle \mathrm {1\,slug} =\mathrm {1\,lbf{\cdot }s^{2}/ft} .}$

Im Kontext des gravitativen FPS-Systems wird die Pound-Force (lbf) manchmal auch als Pound (lb) bezeichnet.

Eine weitere Variante des FPS-Systems verwendet sowohl die Pfundmasse als auch die Pfundkraft, jedoch weder das Geschoss noch das Poundal. Das daraus resultierende System ist mitunter auch als englisches Ingenieursystem bekannt . Trotz seines Namens basiert es auf US-amerikanischen Maßeinheiten; in England wird es nicht verwendet. ^{[ 6 ]}

Die Stoffeinheit im FPS-System ist das Pfund-Mol (lb-mol) =273,16 × 10²⁴ . Bis zur Einführung des Gramm-Mols ^im SI wurde das Mol direkt aus der Masseneinheit abgeleitet: (Masseneinheit)/(atomare Masseneinheit). Die Einheit (lbf⋅s² ^/ ft)-mol findet sich auch in einer früheren Definition der Atmosphäre.

Die elektrostatischen und elektromagnetischen Systeme leiten sich hauptsächlich von Längen- und Krafteinheiten ab. Daher lassen sie sich leicht auf jedes System erweitern, das Länge, Masse und Zeit enthält. Stephen Dresner ^{[ 7 ]} gibt die abgeleiteten elektrostatischen und elektromagnetischen Einheiten sowohl im Fuß-Pfund-Sekunde- als auch im Fuß-Slug-Sekunde-System an. In der Praxis werden sie meist mit dem Zentimeter-Gramm-Sekunde-System in Verbindung gebracht. Die „International Critical Tables“ von 1929 führen die Symbole und Systeme fpse = FPS für das elektrostatische System und fpsm = FPS für das elektromagnetische System auf. Unter den Umrechnungen für Ladungen finden sich die folgenden Angaben. Das CRC Handbook of Chemistry and Physics 1979 (Ausgabe 60) führt fpse und fpsm ebenfalls als Standardabkürzungen auf.

Elektromagnetische FPS (EMU, stat-)

1 fpsm = 117,581866 cgsm (Biot-Sekunde)

Elektrostatische FPS (ESU, ab-)

1 fpse-Einheit = 3583,8953 cgse-Einheit (Franklin)

1 fpse-Einheit = 1,1954588×10−7 ^abs Coulomb

Die Kerze und die Foot-Candle waren die ersten definierten Lichteinheiten und wurden im Metropolitan Gas Act (1860) festgelegt. ^{[ 8 ]} Die Foot-Candle bezeichnet die Lichtstärke in einem Fuß Entfernung von einer Standardkerze . Die Einheiten wurden 1881 international anerkannt und in das metrische System übernommen. ^{[ 9 ]}

Da der Begriff „Gewicht“ in einigen technischen Kontexten (Physik, Ingenieurwesen) sowohl für die Gravitationskraft als auch in anderen (Handel, Recht) für die Masse verwendet wird ^{[ 10 ]} und diese Unterscheidung in der Praxis oft keine Rolle spielt, führt die Koexistenz verschiedener Varianten des FPS-Systems zu Verwirrung über die Natur der Einheit „Pfund“. Ihr Bezug zu internationalen metrischen Einheiten wird jedoch in Kilogramm und nicht in Newton ausgedrückt. Früher wurde sie mithilfe eines Massenprototyps definiert, der mit einer Zwei-Waage verglichen wurde , welche lokale Gravitationsunterschiede nicht berücksichtigt.

Im Juli 1959 wurden die verschiedenen nationalen Fuß- und Avoirdupois-Pfund-Standards durch den internationalen Fuß von genau 1,5 Metern ersetzt.0,3048 m und das internationale Pfund von genau0,453 592 37  kg , wodurch die Umrechnung zwischen den Systemen zu einer einfachen Rechenaufgabe wird. Die Umrechnung für das Poundal ist gegeben durch 1 pdl = 1 lb·ft/ ^s² =0,138 254 954 376  N (genau). ^{[ 1 ]}

Um zwischen dem absoluten und dem gravitativen FPS-System umzurechnen, muss man die Standardbeschleunigung g festlegen, die in der Elektrotechnik die Pfundmasse mit der Pfundkraft in Beziehung setzt.

${\displaystyle 1\,{\text{lbf}}=1\,{\text{lb}}\cdot g}$

Obwohl g streng genommen vom Standort auf der Erdoberfläche abhängt, ist es seit 1901 in den meisten Kontexten konventionell auf genau g ₀ =  festgelegt.9,806 65  m/s ² ≈ 32,174 05  ft/s² ⁽ Standardgravitation ) . ^{[ 1 ]}

• Meter-Tonnen-Sekunde-System (MTS)
• FFF-System
• Mars Climate Orbiter