Težina se mjeri vagom, udaljenost ravnalom, tlak manometrom itd. Je li izumljen uređaj koji mjeri silu? Takav alat sigurno postoji. Zove se dinamometar. Usput, vlastitim rukama kod kuće lako je napraviti jednostavan, ali prilično učinkovit uređaj za mjerenje sile, svoj ekskluzivni dinamometar.
Masa, sila, težina
U razgovorima često brkamo pojmove kao što su masa i težina. Koja je razlika između njih? Mali primjer. Imamo gimnastičku giru od 32 kg. Eto koliko će pokazati naša kućanska vaga, ako na njih stavimo ovaj željezni proizvod. Pomaknimo se mentalno na površinu mjeseca. Očitanja vage koje ćemo ponijeti sa sobom će se promijeniti i iznosit će samo 5 kg 120 g. Ali na najvećem planetu u našem sustavu, Jupiteru, s najvećom gravitacijom, vaga će pokazati svih 84,5 kg. Je li se promijenila masa girja? br.
Kako je to moguće? Postavimo uteg u svemir, gdje će u bestežinskom stanju vaga uopće pokazati nulu. Je li težina nestala? Kako bismo bili sigurni da to nije slučaj, vrijedno je raspršiti naš gimnastički aparat na pristojnu brzinu i usmjeriti ga na jednu ili drugu metu. Ako se isti pokus ponovi na Mjesecu, Zemlji, Jupiteru, pod uvjetom da je brzinau trenutku sudara s preprekom bit će isti, uništenje će biti identično.
Masa kettlebell-a u svim primjerima ostaje 32 kg. Što se mijenja? Sila kojom uteg pritišće platformu vage. A da bismo je izmjerili, ova sila, nazvana "težina", nije točna u kilogramima, već u newtonima.
Sila od jednog njutna jednaka je težini tereta od 102 grama na površini planeta Zemlje.
Dakle, nakon što smo napravili dinamometar vlastitim rukama, moći ćemo izmjeriti tako važnu fizičku veličinu kao što je sila.
Opći princip dizajna dinamometra
Gravitacija se rijetko koristi za mjerenje sile. To nije samo nezgodno (uteg ili protuuteg može raditi samo okomito), nego i nije sasvim točno. Činjenica je da naša Zemlja nije baš kugla. To je elipsoid, blago spljošten na polovima. Stoga je udaljenost na ekvatoru do središta planeta veća nego na polu, osim toga, na ekvatoru na svako tijelo djeluje centrifugalna sila, što neznatno smanjuje njegovu težinu, pa kako bi zajamčeno smršavili (iako ne puno, samo za 0,5%), samo trebate ići od pola do ekvatora.
Stoga se za mjerenje sile najčešće koriste uređaji na elastičnim elementima. A ponekad je potrebno izmjeriti silu koja je jednostavno ogromna, na primjer, potisak motora rakete svemirskog nosača. Može se samo zamisliti kakav bi takav dinamometar trebao biti.
Teško ga možete napraviti vlastitim rukama. Ali princip rada svih "mjerila snage" je isti: siladeformira elastični element, uređaj fiksira vrijednost te deformacije.
Standardni dinamometar
U laboratorijskom radu školske nastave fizike, za mjerenje sile korištena je jednostavna opružna naprava. Razmislite kako vlastitim rukama napraviti dinamometar koji nije gori od školskog.
Osnova na kojoj se sastavlja cijeli uređaj je obična daska od drveta ili traka od polikarbonata, plastike, lima, postoji mnogo opcija. Na ploči se nalazi opruga čiji je jedan kraj kruto učvršćen, drugi je spojen na tijelo kroz koje se prenosi sila. U pravilu, ovo je čelična kuka. Stupanj rastezanja opruge proporcionalan je primijenjenoj sili. Količina deformacije se odražava na ljestvici koja se primjenjuje u njutnima. Ovako radi dinamometar. Vlastitim rukama kod kuće, nije ga potrebno napraviti od opruge, bilo koji elastični materijal, na primjer, elastična traka, dobro će raditi.
Kalibracija
Da bi mjerač sile radio, mora biti kalibriran. Za to možete koristiti gravitaciju. Poznato je da sila od jednog njutna odgovara težini od 102 grama. Dinamometar se kalibrira vlastitim rukama u sljedećem redoslijedu:
- dinamometar je okomit;
- dok opruga nije opterećena, položaj pokazivača odgovara 0;
- dinamometar je napunjen utegom od 102 grama, oznaka je 1 njuton;
- težina od 204 grama dat će položaj oznake od 2 njutna, itd.
Kao što vidite, postaviteDIY dinamometar je jednostavan.
Različiti dizajni "kućnih" dinamometara
Neophodno je odlučiti o opterećenju koje će se mjeriti. I bolje je napraviti izračun prije izrade dinamometra. Svojim rukama možete napraviti i snažan uređaj i mali, ali osjetljiviji. Postoji mnogo opcija dizajna.
Na primjer, lako je napraviti dinamometar vlastitim rukama od gume. Ne razlikuje se od klasične "škole". Jedina razlika je u tome što se umjesto opruge koristi pristupačnija elastična traka, na primjer, od pridnenog štapa za pecanje ili modela zrakoplova.
Uz malo mašte, obična jednokratna šprica pretvara se u uređaj za mjerenje snage. Uređaj je prikazan na slici, jedino na što se treba usredotočiti je klip štrcaljke, koji se mora okrenuti (ili rezati oštrim nožem) tako da se bez napora kreće unutar tijela šprice.
Ako želite, možete napraviti dinamometar vlastitim rukama od olovke, obične kemijske olovke s oprugom.
Šipka se mora očistiti od tinte, izbrusiti vrh kuglice za pisanje i unutra umetnuti običnu spajalicu.
Dinamometar na piezoelektričnim elementima
Prefabricirani dinamometri u novije vrijeme najčešće se izrađuju pomoću piezoelektričnih elemenata. Piezoelektrični element - kristal, na krajevimakoji se pri mehaničkom kompresiji javlja potencijalna razlika (napon). Štoviše, veličina ove potencijalne razlike ovisi o stupnju kompresije.
Dinamometri ovog tipa odlikuju se odsutnošću hoda šipke (samo trebate pritisnuti osjetljivi element), iznimnom preciznošću i velikim rasponom mjerenja. Piezo elementi se koriste za izradu kako osjetljivih uređaja za precizno mjerenje malih sila, tako i dinamometara koji mjere vučne sile traktora.
