計量単位

規定

自転車に使われる計量単位は、質量、距離(長さ)、時間、速度、力、圧力および動力など多様。計量単位はISO、計量法及びJISで決められている。
計量法およびJISはISOに準拠しているので、単位記号等は互いに等しい。学校の教科書で使われている単位は全てこれらに準拠している。

単位記号の大文字と小文字

ISOおよびJISによれば、単位記号は例外を除き、全て小文字となっている。

ただし、人名に由来する単位は大文字となっている。例えば、H(ヘンリー)、Hz(ヘルツ)、K(ケルビン)、N(ニュートン)、Pa(パスカル)、V(ボルト)およびW(ワット)などは人名。例外もあるが、単位が大文字となっていれば、人名と考えてよい。例外としては、例えばM(メガ)はm(ミリおよびメートル)と区別するため大文字となっている。トルクの単位 Nm(ニュートン・メートル)および電力量の単位 kWh(キロ・ワット・アワー)がなぜ大文字と小文字の組み合わせになっているか分かる。

より具体的に分かるよう、道路標識、町中の表示、テレビの字幕およびホームページなどで見られる計量単位の正誤例を表1に示す。人名以外は全て小文字という原則が分かれば、なぜ適切でないか理解できる。

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質量と重量の違い

正しいカタログを見ると、質量という用語が使われている。質量は物質の量を表し、場所によって不変の量。一方、重量や重さは、質量に働く引力を表しているので場所によって変わる。月面の引力は地上の1/6程度なので、重量も1/6程度と軽くなる。しかし、質量は変わらない。地上の引力(具体的には、重力加速度)は、国によってほんの少し異なるので、重量もほんの少し異なるが、質量は変わらない。一般に引力は海上で小さく、山上で大きい。

質量の単位はg(グラム)またはその千倍のkgであるのに対し、重量および荷重の単位はN(ニュートン)またはその千倍のkN。無重力空間では重力加速度はゼロのため、重量もゼロになるが質量は存在する。重力加速度(引力による加速度)によって変わる重量を使うより、重力加速度に左右されない質量を使うことが望ましい。カタログに重量とあって、その単位がkgとなっていれば、それは重量ではなく質量を表していると考えられる。

工場などで使われている分銅式のはかりは、質量の分かった分銅と釣り合わせることにより、質量を測っている。一方、バネ式や加重センサー式のはかりは、重量を測定している。ただし、目盛は標準の重力加速度によって、kgに換算されている。重量と質量のあいだには、次の関係がある。

重量(引力) = 質量 x 重力加速度

インチと型

商取引において、インチ(inch)という単位(非法定計量単位)の使用は計量法(第8条)が禁じているので、カタログなどでは型で代用するのが慣例となっている。例えば、27インチのタイヤは27型と呼ぶ。パソコンやテレビの画面の大きさは、その対角線の長さをインチで表すが、インチが使えないので型で表現している。例えば15インチの画面は15型と呼ぶ。

計量法 第8条

第3条から第5条までに規定する計量単位(以下「法定計量単位」という)以外の計量単位(以下「非法定計量単位」という)は、第2条第1項第1号に掲げる物象の状態の量について、取引又は証明に用いてはならない。

圧力単位の換算

圧力単位の換算表を、表2に示す。換算したい単位が「1」となっている行を見ます。例えば、70 psi を kPa に換算したい場合は、 psiが1となっている行(下から2番下の行)及びその行にあるkPaの値を見ると

1 psi = 6.895 kPaと分かる。

従って、70 psi = 70 x 6.895 kPa = 483 kPa

同表において、気圧の単位は、atm としてある。bar はバール。圧力の単位は、地域的および歴史的などのいきさつで多種あるが、現在はPa(パスカル)を基本とした、hPa(ヘクトパスカル)、kPa(キロパスカル)又はMPa(メガパスカル)などを使うことになっている。パスカル以外の圧力単位は、製造者の理解が進むにつれて、いずれ商品から姿を消すと思われる。ヘクト[h]、キロ[k]およびメガ[M]などの接頭語の意味は表12に示す。

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長さ、距離の換算

長さ(距離)単位の換算表を、表3に示す。換算したい単位が「1」となっている行を見ます。例えば、50 mile を km に換算したい場合は、mileが1となっている行(一番下の行)を見て、1 mile = 1.60934 kmと分かる。従って 50 mile = 50 x 1.60934 = 80.5 km

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in: inch(インチ)、ft: feet(フィート)、yd: yard(ヤード)

質量の換算

質量単位の換算表を、表4に示す。換算したい単位が「1」となっている行を見ます。例えば、40 lb を kg に換算したい場合は、lbが1となっている行(下から2番目の行)を見て、1 lb = 0.453592 kgと分かる。従って 40 lbs = 40 x 0.453592 = 18.14 kg

(注: lbsはlbの複数形)
参考: 1円硬貨の質量は約1g

t: ton(トン)、lb: pound(ポンド)、oz: ounce(オンス)

力の換算

力単位の換算表を、表5に示す。換算したい単位が「1」となっている行を見ます。例えば、10 lbf をkgf に換算したい場合は、lbf が1となっている行(下から1番目の行)を見て、1 lbf = 0.45359kgf と分かる。従って、10lbf = 10 x 0.45359= 4.54kgf

速度の換算

速度単位の換算表を、表6に示す。換算したい単位が「1」となっている行を見ます。例えば、40 km/h を m/s に換算したい場合は、km/h が1となっている行(下から3番目の行)を見て、1 km/h = 0.27778 m/s と分かる。従って、40 km/h = 40 x 0.27778 = 11.1 m/s。

mph: mile/h、kt: knot(ノット)

km/h と m/s の関係をグラフにして下図に示す。

エネルギー・動力の換算

エネルギー・動力単位の換算表を、表7に示す。HPは英馬力そしてPSは仏馬力(メートル馬力)。

トルクの換算

トルク単位の換算表を、表8に示す。例えば、1 lbft = 1.356 Nm。kgfは重量kgのことで、標準引力の下で1kgの質量に働く重力を表している。lbft(ポンド・フィート)は正確にはlbfftであるが、lbftが慣用的に使われている
1 kgf = 9.807 N

面積の換算

面積単位の換算表を、表9に示す。換算したい単位が「1」となっている行を見ます。
1 m²= 10.7639 ft²
1 ft²= 0.092903 m²

容積の換算

容積単位の換算表を、表10に示す。換算したい単位が「1」となっている行を見ます。
1 米ガロン = 3.7854 リッター
1 英ガロン = 4.5461 リッター

温度の換算

半角数字で、温度を華氏［°F］の単位で入れて、［計算］を押して下さい、セ氏［°C］及び絶対温度［K］の単位に変換します。

換算例

80°Fを換算すると、26.7°C そして 299.8 K(ケルビン)となる。

明るさの換算

半角数字で、前照灯の光度をカンデラ［cd］そして照射角を度［°］で入れて、［計算］を押して下さい。ルーメン［lm］に変換します。

換算例

ランプが2,400 cd(カンデラ)そして照射角20°は、229 lm(ルーメン)となる。照射角が大きいと広い範囲を明るくしなければならないので、明るい光源を必要とする。

半角数字で、前照灯の明るさをルーメン［lm］、照射角を度［°］そして距離をメートル［m］で入れて、［計算］を押して下さい。ルクス[lx]に変換します。

換算例

ランプが200 lm(ルーメン)、照射角20°そして距離5mでは、84 lx(ルクス)となる。照射角が大きいと広い範囲を明るくしなければならないので、明るい光源を必要とする。

半角数字で、前照灯の明るさをルクス［lx］、照射角を度［°］そして距離をメートル［m］で入れて、［計算］を押して下さい。ルーメン［lm］に変換します。

換算例

照射角20°そして距離2mで、明るさがが380 lx(ルクス)のとき、ランプは 145 lm(ルーメン)である。

エネルギーの換算

1Wh=3600J

粘度の換算

動粘度［cSt］= 粘度［cP］/密度［g/cm³］

St : ストーク
P : ポアズ
c : センチ (1/100)

ストーク及びポアズは人名。

単位の接頭語

比較的よく使われる単位の接頭語を表10に示す。接頭語は単位の前に付ける。

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単位に m(ミリ)を付けると、その単位の千分の1を表す。例えば、

mm (ミリメートル)は 千分の1メートル (1mm=0.001m)。

mg (ミリグラム)は 千分の1グラム (1mg=0.001g)。

ml (ミリリットル)は 千分の1リットル (1ml=0.001l)。

mW (ミリワット)は 千分の1ワット (1mW=0.001W)。

ms (ミリ秒)は 千分の1秒 (1ms=0.001s)。

単位に k(キロ)を付けると、その単位の千倍を表す。例えば

km (キロメートル)は 千メートル (1km=1,000m)。

kg (キログラム)は 千グラム (1kg=1,000g)。

kl (キロリットル)は 千リットル (1kl=1,000l)。

kW (キロワット)は 千ワット (1kW=1,000W)。

kPa (キロパスカル)は 千パスカル (1kPa=1,000Pa)。

人名に由来する単位

自転車で使われる人名に由来する単位を表11に示す。ただし、H(ヘンリー)はh(アワー)と間違われて使われ、K(ケルビン)はk(キロ)と間違われて使われることもある。

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単位の計算

単位は数式と同じように計算することができる。

例1

速度は単位時間に走る距離のこと。距離の単位は [km] そして時間の単位は [h] とすると、

速度 = 距離[km]/時間[h]、 これより 速度 = km/h

40kmを1.5hで走ったときの速度は、

速度 = 距離/時間 = 40km/1.5h = 26.7km/h

例2

ニュートンによれば、物体に力が働くと加速度が生じる。加速度[m/s²]の大きさは、力[N]に比例して質量[kg]に反比例する。式にすると、

加速度[ m/s²]= 力[N]/質量[kg]

上式の単位を計算すると、 m/s²= N/kg、この式を変形すると N = kgm/s²