Wagę mierzy się za pomocą wagi, odległość za pomocą linijki, ciśnienie za pomocą manometru itp. Czy wynaleziono urządzenie do pomiaru siły? Takie narzędzie z pewnością istnieje. To się nazywa dynamometr. Nawiasem mówiąc, własnymi rękami w domu łatwo jest zrobić proste, ale całkiem wydajne urządzenie do pomiaru siły, własny ekskluzywny dynamometr.
Masa, siła, waga
W rozmowach często mylimy pojęcia takie jak masa i waga. Jaka jest różnica między nimi? Mały przykład. Posiadamy odważnik gimnastyczny o wadze 32 kg. Tyle pokaże nasza waga domowa, jeśli nałożymy na nie ten żelazny produkt. Przenieśmy się mentalnie na powierzchnię księżyca. Odczyty wag, które zabierzemy ze sobą zmienią się i wyniosą tylko 5 kg 120 g. Ale na największej planecie naszego układu, Jowiszu, o największej grawitacji, waga pokaże całe 84,5 kg. Czy zmieniła się masa odważnika? Nr
Jak to możliwe? Umieśćmy odważnik w przestrzeni kosmicznej, gdzie w stanie nieważkości waga w ogóle pokaże zero. Czy waga zniknęła? Aby upewnić się, że tak nie jest, warto rozpędzić nasz aparat gimnastyczny na przyzwoitą prędkość i skierować go na ten lub inny cel. Jeśli ten sam eksperyment zostanie powtórzony na Księżycu, Ziemi, Jowiszu, pod warunkiem, że prędkośćw momencie zderzenia z przeszkodą będą takie same, zniszczenia będą identyczne.
Masa odważnika we wszystkich przykładach wynosi 32 kg. Co się zmienia? Siła, z jaką ciężar naciska na platformę wagi. Aby to zmierzyć, ta siła, zwana „wagą”, jest poprawna nie w kilogramach, ale w niutonach.
Siła jednego niutona jest równa ciężarowi ładunku o wadze 102 gramów na powierzchni planety Ziemia.
Po zrobieniu dynamometru własnymi rękami będziemy w stanie zmierzyć tak ważną wielkość fizyczną jak siła.
Ogólna zasada projektowania hamowni
Grawitacja jest rzadko używana do pomiaru siły. Jest to nie tylko niewygodne (obciążnik lub przeciwwaga może działać tylko w pionie), ale także nie do końca dokładne. Faktem jest, że nasza Ziemia nie jest do końca kulą. Jest elipsoidą, lekko spłaszczoną na biegunach. Dlatego odległość na równiku do środka planety jest większa niż na biegunie, ponadto na równiku na każde ciało działa siła odśrodkowa, co nieznacznie zmniejsza jego wagę, aby mieć gwarancję utraty wagi (choć niewiele, tylko o 0,5%), wystarczy przejść z bieguna na równik.
Dlatego do pomiaru siły najczęściej stosuje się przyrządy na elementach elastycznych. A czasami trzeba zmierzyć siłę, która jest po prostu ogromna, na przykład ciąg silnika rakiety kosmicznej. Można sobie tylko wyobrazić, jaki powinien być taki dynamometr.
Nie możesz zrobić jednego własnymi rękami. Ale zasada działania dla wszystkich „mierników mocy” jest taka sama: siłaodkształca element sprężysty, urządzenie ustala wartość tego odkształcenia.
Standardowy dynamometr
W pracy laboratoryjnej na lekcjach fizyki szkolnej do pomiaru siły użyto prostego urządzenia sprężynowego. Zastanów się, jak zrobić własnymi rękami dynamometr nie gorszy niż szkolny.
Podstawą, na której montuje się całe urządzenie jest zwykła deska z drewna lub pasek poliwęglanu, plastiku, cyny, opcji jest wiele. Na płycie znajduje się sprężyna, której jeden koniec jest sztywno zamocowany, drugi połączony jest z korpusem, przez który przenoszona jest siła. Z reguły jest to stalowy hak. Stopień naciągnięcia sprężyny jest proporcjonalny do przyłożonej siły. Wielkość deformacji jest odzwierciedlona na skali, która jest stosowana w niutonach. Tak działa dynamometr. Własnymi rękami w domu nie trzeba robić tego ze sprężyny, każdy elastyczny materiał, na przykład gumka, sprawdzi się dobrze.
Kalibracja
Aby siłomierz działał, musi być skalibrowany. Możesz do tego użyć grawitacji. Wiadomo, że siła jednego niutona odpowiada wadze 102 gramów. Dynamometr jest kalibrowany własnymi rękami w następującej kolejności:
- dynamometr jest ustawiony pionowo;
- gdy sprężyna nie jest obciążona, pozycja wskaźnika odpowiada 0;
- dynamometr jest obciążony ciężarem 102 gramów, znak wynosi 1 niuton;
- Waga 204 gramów oznacza pozycję 2 niutonów itd.
Jak widzisz, skonfigurujDynamometr DIY jest łatwy.
Różne projekty "domowych" hamowni
Konieczne jest podjęcie decyzji o pomiarze obciążenia. I lepiej zrobić obliczenia przed zrobieniem dynamometru. Własnymi rękami możesz stworzyć zarówno potężne urządzenie, jak i małe, ale bardziej czułe. I istnieje wiele możliwości projektowania.
Na przykład łatwo jest zrobić dynamometr własnymi rękami z gumy. Nie różni się niczym od klasycznej „szkoły”. Jedyną różnicą jest to, że zamiast sprężyny zastosowano bardziej dostępną gumkę np. z wędki dennej lub modelu samolotu.
Przy odrobinie wyobraźni zwykła jednorazowa strzykawka zamienia się w urządzenie do pomiaru siły. Urządzenie pokazano na rysunku, jedyną rzeczą, na której należy się skupić, jest tłok strzykawki, który należy obrócić (lub przeciąć ostrym nożem), aby bez wysiłku poruszał się wewnątrz korpusu strzykawki.
Jeśli chcesz, możesz zrobić dynamometr własnymi rękami z długopisu, zwykły długopis ze sprężynką.
Pręt musi być oczyszczony z atramentu, zeszlifować końcówkę kulki do pisania i włożyć do środka zwykły spinacz do papieru.
Dynamometr na elementach piezoelektrycznych
Prefabrykowane hamownie w ostatnich czasach są najczęściej wykonywane przy użyciu elementów piezoelektrycznych. Element piezoelektryczny - kryształ, na końcachktóry podczas ściskania mechanicznego pojawia się różnica potencjałów (napięcie). Co więcej, wielkość tej różnicy potencjałów zależy od stopnia kompresji.
Dynamometry tego typu wyróżnia brak skoku pręta (wystarczy nacisnąć czuły element), ekstremalna dokładność i ogromny zakres pomiarowy. Elementy piezo są używane do wykonywania zarówno czułych urządzeń do dokładnego pomiaru małych sił, jak i dynamometrów, które mierzą siły pociągowe ciągników.
