物理単位系

FPS単位系:フィート・ポンド・秒を基本とする単位系

FPS単位系:フィート・ポンド・秒を基本とする単位系
FPS単位系(フィート・ポンド・秒単位系)の定義、変種、歴史的背景、および物理学・工学における役割について解説します。

📌 主なポイント

  • FPS単位系は、フィート、ポンド、秒を基本単位とするヤード・ポンド法の一種である。
  • ポンドの扱いの違いにより、絶対FPS単位系、英国重力単位系、英国工学単位系の3つの変種が存在する。
  • 1959年の国際協定により、フィートは0.3048メートル、ポンドは0.45359237キログラムと定義されている。

FPS単位系(FPS system)は、ヤード・ポンド法における単位系の一つであり、長さの単位であるフィート(foot)、質量の単位または力の単位として用いられるポンド(pound)、そして時間の単位である(second)を基本単位とします。名称のFPSは、これら3つの基本単位の頭文字に由来します。

変種と定義

FPS単位系には、ポンドを質量、力、あるいは重さのいずれとして扱うかによって、主に3つの変種が存在します。これらは物理学や工学の分野で歴史的に使い分けられてきました。

パウンダルの定義式
パウンダルの定義:1 pdl = 1 lb_m 1 ft/s^2

絶対FPS単位系

絶対FPS単位系(Absolute FPS system)は、ポンドを質量の単位として扱う一貫性のある単位系です。この系では、力の単位としてパウンダル(poundal, pdl)が用いられます。国際単位系(SI)におけるMKS単位系と機能的に類似しています。

英国重力単位系

英国重力単位系(British Gravitational Units, BG)は、ポンド(重量ポンド)を力の単位として基本単位に据える系です。この系では、質量の単位としてスラグ(slug)という組立単位が用いられます。アメリカ合衆国の工学分野で伝統的に用いられてきた単位系です。

スラグの定義式
スラグの定義:1 slug = 1 lb_F 1 s^2/ft

英国工学単位系

英国工学単位系(English Engineering Units, EE)は、質量ポンドと重量ポンドの両方を混在させて使用する系です。一貫性のある単位系ではないため、現代の科学技術計算においては使用が推奨されません。

重量ポンドと質量ポンドの関係
重量ポンドと質量ポンドの関係:1 lb_F = 1 lb_m g

歴史的背景と標準化

20世紀中頃まで、FPS単位系は英語圏の技術書において最も一般的な単位系でした。特に、物理的な次元を一貫して扱う手法は「ストラウド・システム(Stroud system)」と呼ばれ、ウィリアム・ストラウドによって普及しました。1959年の国際協定により、フィートは正確に0.3048メートル、ポンドは正確に0.45359237キログラムと定義され、メートル法との換算が明確化されました。

よくある質問

FPS単位系の「FPS」とは何ですか?
フィート(Foot)、ポンド(Pound)、秒(Second)の頭文字を取ったものです。
スラグとは何ですか?
英国重力単位系において、力の単位である重量ポンドと加速度から導かれる質量の単位です。
パウンダルとは何ですか?
絶対FPS単位系において、1ポンドの質量に1フィート毎秒毎秒の加速度を生じさせる力の単位です。

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ヤード・ポンド法国際単位系メートル法物理単位

参考文献

  • Cardarelli, François (2003). Encyclopaedia of Scientific Units, Weights and Measures: Their SI Equivalences and Origins. Springer. pp. 51–55. ISBN 978-1-85233-682-0.
  • Henderson, James B.; Godfrey, C. (1924). "The Stroud system of teaching dynamics". The Mathematical Gazette. 12 (170): 99–105.
  • Dresner, Stephen (1971). Units of Measurement. New York: Hastings House. pp. 193–205.