Vekt måles med vekter, avstand med linjal, trykk med manometer osv. Er det oppfunnet en enhet som måler kraft? Et slikt verktøy finnes absolutt. Det kalles et dynamometer. Med egne hender hjemme er det forresten enkelt å lage en enkel, men ganske effektiv enhet for kraftmåling, ditt eget eksklusive dynamometer.
Masse, kraft, vekt
I samtaler blander vi ofte sammen begreper som masse og vekt. Hva er forskjellen mellom dem? Lite eksempel. Vi har en gymnastisk kettlebell som veier 32 kg. Dette er hvor mye vår husholdningsvekt vil vise hvis vi legger dette jernproduktet på dem. La oss bevege oss ment alt til overflaten av månen. Avlesningene av vektene som vi skal ta med oss vil endre seg og vil bare være 5 kg 120 g. Men på den største planeten i systemet vårt, Jupiter, med størst tyngdekraft, vil vekten vise alle 84,5 kg. Har massen til kettlebellen endret seg? Nei.
Hvordan kan dette være? La oss plassere en vekt i verdensrommet, hvor vekten i en tilstand av vektløshet i det hele tatt vil vise null. Er vekten borte? For å sikre at dette ikke er tilfelle, er det verdt å spre gymnastikkapparatet vårt til en anstendig hastighet og dirigere det til et eller annet mål. Hvis det samme eksperimentet gjentas på Månen, Jorden, Jupiter, forutsatt at hastigheteni øyeblikket av kollisjon med en hindring vil være den samme, vil ødeleggelsen være identisk.
Kettlebellens masse i alle eksemplene forblir 32 kg. Hva er i endring? Kraften som vekten presser på plattformen til vekten. Og for å måle det, er denne kraften, k alt "vekt", ikke riktig i kilogram, men i newton.
En kraft på ett newton er lik vekten av en last på 102 gram på overflaten av planeten Jorden.
Så, etter å ha laget et dynamometer med egne hender, vil vi kunne måle en så viktig fysisk størrelse som kraft.
Generelt prinsipp for dynamometerdesign
Tyngekraft brukes sjelden til å måle kraft. Dette er ikke bare upraktisk (en vekt eller motvekt kan bare fungere vertik alt), men heller ikke helt nøyaktig. Faktum er at vår jord ikke er helt en sfære. Det er en ellipsoide, lett flatet ved polene. Derfor er avstanden ved ekvator til midten av planeten større enn ved polen, i tillegg, ved ekvator, påvirkes ethvert legeme av sentrifugalkraft, noe som reduserer vekten litt, så for å være garantert å gå ned i vekt (om enn ikke mye, bare med 0,5 %), du trenger bare å gå fra polen til ekvator.
Derfor brukes oftest enheter på elastiske elementer for å måle kraft. Og noen ganger er det nødvendig å måle en kraft som rett og slett er enorm, for eksempel skyvekraften til motoren til en romfartsrakett. Man kan bare forestille seg hvordan et slikt dynamometer skal være.
Du kan nesten ikke lage en med egne hender. Men driftsprinsippet for alle "kraftmålere" er det samme: kraftendeformerer det elastiske elementet, fikser enheten verdien av denne deformasjonen.
Standard Dynamometer
I laboratoriearbeidet til skolens fysikktimer ble det brukt en enkel fjæranordning for å måle kraft. Vurder hvordan du kan lage et dynamometer med egne hender som ikke er verre enn en skole.
Grunnlaget som hele enheten er satt sammen på er en vanlig planke av tre eller en stripe av polykarbonat, plast, tinn, det er mange alternativer. Det er en fjær på platen, hvor den ene enden er stivt festet, den andre er koblet til kroppen som kraften overføres gjennom. Som regel er dette en stålkrok. Graden av strekking av fjæren er proporsjonal med den påførte kraften. Mengden deformasjon reflekteres på skalaen, som påføres i newton. Slik fungerer et dynamometer. Med egne hender hjemme er det ikke nødvendig å lage det fra en fjær, ethvert elastisk materiale, for eksempel et elastisk bånd, vil fungere fint.
Calibration
For at kraftmåleren skal fungere, må den kalibreres. Du kan bruke tyngdekraften for å gjøre dette. Det er kjent at en kraft på ett newton tilsvarer en vekt på 102 gram. Dynamometeret kalibreres med egne hender i følgende rekkefølge:
- dynamometeret er vertik alt;
- mens fjæren ikke er belastet, tilsvarer pekerposisjonen 0;
- dynamometer er lastet med en vekt på 102 gram, merket er 1 newton;
- en vekt på 204 gram vil gi en merkeposisjon på 2 newton osv.
Som du kan se, sett oppDIY dynamometer er enkelt.
Ulike design av "hjem"-dynamometre
Det er nødvendig å bestemme belastningen som skal måles. Og det er bedre å gjøre en beregning før du lager et dynamometer. Med egne hender kan du lage både en kraftig enhet og en liten, men mer følsom. Og det er mange design alternativer.
Det er for eksempel enkelt å lage et dynamometer med egne hender av gummi. Den er ikke forskjellig fra den klassiske «skolen». Den eneste forskjellen er at i stedet for en fjær brukes et mer tilgjengelig strikk, for eksempel fra en bunnfiskestang eller modellfly.
Med litt fantasi blir en vanlig engangssprøyte til et apparat for å måle styrke. Enheten er vist på figuren, det eneste man må fokusere på er sprøytestempelet, som må snus rundt (eller kuttes med en skarp kniv) slik at det beveger seg inne i sprøytekroppen uten anstrengelse.
Hvis du ønsker det, kan du lage et dynamometer med egne hender av en penn, en vanlig kulepenn med en fjær.
Stengen må renses for blekk, slip av spissen av skrivekulen og sett inn en vanlig binders.
Dynamometer på piezoelektriske elementer
Prefabrikerte dynamometre i nyere tid er oftest laget ved hjelp av piezoelektriske elementer. Piezoelektrisk element - krystall, i endenesom under mekanisk kompresjon oppstår en potensialforskjell (spenning). Dessuten avhenger størrelsen på denne potensielle forskjellen av graden av komprimering.
Dynamometre av denne typen utmerker seg ved fravær av et stangslag (du trenger bare å trykke på det følsomme elementet), ekstrem nøyaktighet og et stort måleområde. Piezo-elementer brukes til å lage både følsomme enheter for nøyaktig måling av små krefter, og dynamometre som måler trekkkreftene til traktorer.
