計量単位

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)の概要、歴史的背景、および質量や力の単位における変種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た。

FPS単位系(エフピーエスたんいけい、英: foot–pound–second system)は、ヤード・ポンド法に基づく単位系の一つです。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)、および時間の単位である秒(second)を基本単位とすることから、その頭文字を取って名付けられました。

単位系の変種

FPS単位系には、ポンドを「質量」として扱うか「力(重量)」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 lbm・ft/s²

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定義する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)のMKS単位系と機能的に等しい構造を持っています。

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)という組立単位が使用されます。アメリカ合衆国の工学分野で伝統的に用いられてきました。

スラグの定義式
スラグの定義:1 slug = 1 lbF・s²/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を併用する系です。一貫性が低いため、現代の科学技術計算ではあまり推奨されませんが、歴史的な技術資料などで見られることがあります。

重量ポンドの定義式
重量ポンドの定義:1 lbF = 1 lbm・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。特にウィリアム・ストラウドが普及させた「ストラウド・システム」は、物理次元の一貫性を保つ手法として知られています。1959年以降、国際的なフィートとポンドの定義が標準化され、メートル法との換算がより簡潔に行えるようになりました。

よくある質問

FPS単位系とは何ですか?
フィート(長さ)、ポンド(質量または力)、秒(時間)を基本単位とする単位系の総称です。
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から導出される質量の単位です。
なぜFPS単位系には複数の変種があるのですか?
ポンドを「質量」として扱うか「力」として扱うかという定義の違いにより、物理計算における一貫性を保つために複数の変種が発展しました。

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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.