Vikt mäts med våg, avstånd med linjal, tryck med manometer etc. Har det uppfunnits en anordning som mäter kraft? Ett sådant verktyg finns säkert. Det kallas dynamometer. Med dina egna händer hemma är det förresten enkelt att göra en enkel men ganska effektiv enhet för att mäta kraft, din egen exklusiva dynamometer.
Massa, kraft, vikt
I konversationer blandar vi ofta ihop begrepp som massa och vikt. Vad är skillnaden mellan dem? Litet exempel. Vi har en gymnastikkettlebell som väger 32 kg. Så här mycket kommer vår hushållsvåg att visa om vi lägger den här järnprodukten på dem. Låt oss röra oss ment alt till månens yta. Avläsningarna av de vågar som vi kommer att ta med oss kommer att förändras och blir bara 5 kg 120 g. Men på den största planeten i vårt system, Jupiter, med störst gravitation kommer vågen att visa alla 84,5 kg. Har massan på kettlebellen förändrats? Nej.
Hur kan detta vara? Låt oss placera en vikt i yttre rymden, där vågen i ett tillstånd av viktlöshet kommer att visa noll alls. Är vikten borta? För att säkerställa att så inte är fallet är det värt att sprida vår gymnastikapparat till en anständig hastighet och rikta den mot ett eller annat mål. Om samma experiment upprepas på Månen, Jorden, Jupiter, förutsatt att hastigheteni ögonblicket för kollision med ett hinder kommer att vara densamma, kommer förstörelsen att vara identisk.
Kettlebellens massa i alla exempel är fortfarande 32 kg. Vad är det som förändras? Den kraft med vilken vikten trycker på vågens plattform. Och för att mäta det är denna kraft, som kallas "vikt", inte korrekt i kilogram, utan i newton.
En kraft på en newton är lika med vikten av en last på 102 gram på ytan av planeten Jorden.
Så, efter att ha gjort en dynamometer med våra egna händer, kommer vi att kunna mäta en så viktig fysisk storhet som kraft.
Allmän princip för dynamometerdesign
Gravity används sällan för att mäta kraft. Detta är inte bara obekvämt (en vikt eller motvikt kan bara fungera vertik alt), men inte heller helt exakt. Faktum är att vår jord inte riktigt är en sfär. Det är en ellipsoid, något tillplattad vid polerna. Därför är avståndet vid ekvatorn till planetens mitt större än vid polen, dessutom, vid ekvatorn, påverkas vilken kropp som helst av centrifugalkraften, vilket minskar sin vikt något, så för att garanteras gå ner i vikt (även om det inte är mycket, bara med 0,5 %), du behöver bara gå från polen till ekvatorn.
Därför, för att mäta kraft, används oftast enheter på elastiska element. Och ibland är det nödvändigt att mäta en kraft som helt enkelt är enorm, till exempel dragkraften från motorn på en rymdbärarraket. Man kan bara föreställa sig hur en sådan dynamometer ska se ut.
Du kan knappast göra en med dina egna händer. Men funktionsprincipen för alla "effektmätare" är densamma: kraftendeformerar det elastiska elementet, fixerar enheten värdet på denna deformation.
Standard Dynamometer
I laborationen av skolfysiklektionerna användes en enkel fjäderanordning för att mäta kraft. Tänk på hur man gör en dynamometer med dina egna händer inte värre än en skola.
Grunden på vilken hela enheten är monterad är en vanlig planka av trä eller en remsa av polykarbonat, plast, tenn, det finns många alternativ. Det finns en fjäder på plattan, vars ena ände är styvt fixerad, den andra är ansluten till kroppen genom vilken kraften överförs. Som regel är detta en stålkrok. Graden av sträckning av fjädern är proportionell mot den applicerade kraften. Mängden deformation återspeglas på skalan, som appliceras i newton. Så här fungerar en dynamometer. Med dina egna händer hemma är det inte nödvändigt att göra det från en fjäder, vilket elastiskt material, till exempel ett elastiskt band, kommer att fungera bra.
Calibration
För att kraftmätaren ska fungera måste den kalibreras. Du kan använda gravitationen för att göra detta. Det är känt att en kraft på en newton motsvarar en vikt på 102 gram. Dynamometern kalibreras med dina egna händer i följande sekvens:
- dynamometern är vertikal;
- medan fjädern inte är belastad motsvarar visarens position 0;
- dynamometern är laddad med en vikt på 102 gram, märket är 1 newton;
- en vikt på 204 gram ger en markering på 2 newton, etc.
Som du kan se, ställ inGör-det-själv-dynamometer är lätt.
Olika design av "hem" dynamometrar
Det är nödvändigt att bestämma vilken belastning som ska mätas. Och det är bättre att göra en beräkning innan du gör en dynamometer. Med dina egna händer kan du göra både en kraftfull enhet och en liten, men känsligare. Och det finns många design alternativ.
Det är till exempel enkelt att göra en dynamometer med egna händer av gummi. Den skiljer sig inte från den klassiska "skolan". Den enda skillnaden är att istället för en fjäder används ett mer lättillgängligt elastiskt band, till exempel från ett bottenspö eller modellflygplan.
Med lite fantasi förvandlas en vanlig engångsspruta till en apparat för att mäta styrka. Enheten visas i figuren, det enda att fokusera på är sprutkolven, som måste vändas (eller skäras med en vass kniv) så att den rör sig inuti sprutkroppen utan ansträngning.
Om du vill kan du göra en dynamometer med dina egna händer av en penna, en vanlig kulspetspenna med en fjäder.
Stången måste rengöras från bläck, slipa av spetsen på skrivkulan och sätt in ett vanligt gem inuti.
Dynamometer på piezoelektriska element
Prefabricerade dynamometrar på senare tid tillverkas oftast med piezoelektriska element. Piezoelektriskt element - kristall, i ändarnasom vid mekanisk kompression uppstår en potentialskillnad (spänning). Dessutom beror storleken på denna potentialskillnad på graden av kompression.
Dynamometrar av denna typ kännetecknas av frånvaron av ett spöslag (du behöver bara trycka på det känsliga elementet), extrem noggrannhet och ett enormt mätområde. Piezoelement används för att tillverka både känsliga enheter för att noggrant mäta små krafter och dynamometrar som mäter traktorers dragkrafter.
