Greutatea se măsoară cu cântare, distanța cu o riglă, presiunea cu un manometru etc. A fost inventat un dispozitiv care să măsoare forța? Cu siguranță un astfel de instrument există. Se numește dinamometru. Cu propriile mâini acasă, apropo, este ușor să faci un dispozitiv simplu, dar destul de eficient pentru măsurarea forței, propriul tău dinamometru exclusiv.
Masa, forță, greutate
În conversații, adesea confundăm concepte precum masa și greutatea. Care este diferența dintre ele? Mic exemplu. Avem un kettlebell de gimnastică cu o greutate de 32 kg. Așa va arăta cântarul nostru de uz casnic, dacă punem pe ei acest produs de fier. Să ne mișcăm mental la suprafața lunii. Citirile cântarelor pe care le vom lua cu noi se vor schimba și vor fi de doar 5 kg 120 g. Dar pe cea mai mare planetă din sistemul nostru, Jupiter, cu cea mai mare gravitație, cântarul va arăta toate 84,5 kg. S-a schimbat masa kettlebell-ului? Nr.
Cum poate fi asta? Să plasăm o greutate în spațiul cosmic, unde, într-o stare de imponderabilitate, cântarul va indica zero. Greutatea a dispărut? Pentru a ne asigura că nu este cazul, merită să dispersăm aparatul nostru de gimnastică la o viteză decentă și să îl direcționăm către una sau alta țintă. Dacă același experiment se repetă pe Lună, Pământ, Jupiter, cu condiția ca vitezaîn momentul ciocnirii cu un obstacol va fi la fel, distrugerea va fi identică.
Masa kettlebell-ului în toate exemplele rămâne de 32 kg. Ce se schimbă? Forța cu care greutatea apasă pe platforma balanței. Și pentru a o măsura, această forță, numită „greutate”, este corectă nu în kilograme, ci în newtoni.
O forță de un newton este egală cu greutatea unei sarcini de 102 grame pe suprafața planetei Pământ.
Așadar, după ce am făcut un dinamometru cu propriile noastre mâini, vom putea măsura o mărime fizică atât de importantă ca forța.
Principiul general al designului dinamometrului
Gravația este rar folosită pentru a măsura forța. Acest lucru nu este doar incomod (o greutate sau o contragreutate poate funcționa doar pe verticală), dar nici nu este complet precis. Faptul este că Pământul nostru nu este chiar o sferă. Este un elipsoid, ușor turtit la poli. Prin urmare, distanța de la ecuator până la centrul planetei este mai mare decât la pol, în plus, la ecuator, orice corp este afectat de forța centrifugă, care își reduce ușor greutatea, astfel încât să fie garantată pierderea în greutate (deși nu mult, doar cu 0,5%), trebuie doar să mergeți de la pol la ecuator.
De aceea, pentru măsurarea forței, cel mai des se folosesc dispozitive pe elemente elastice. Și uneori este necesar să se măsoare o forță care este pur și simplu enormă, de exemplu, forța motorului unei rachete de transport spațial. Vă puteți imagina cum ar trebui să fie un astfel de dinamometru.
Cu greu puteți face unul cu propriile mâini. Dar principiul de funcționare pentru toate „contoarele de putere” este același: forțadeformează elementul elastic, dispozitivul fixează valoarea acestei deformări.
Dinometru standard
În lucrările de laborator ale orelor de fizică din școală, a fost folosit un dispozitiv simplu cu arc pentru a măsura forța. Luați în considerare cum să faceți un dinamometru cu propriile mâini, nu mai rău decât unul de școală.
Baza pe care este asamblat întregul dispozitiv este o scândură obișnuită de lemn sau o bandă de policarbonat, plastic, tablă, există multe opțiuni. Pe placă există un arc, al cărui capăt este fixat rigid, celăl alt este legat de corpul prin care se transmite forța. De regulă, acesta este un cârlig de oțel. Gradul de întindere al arcului este proporțional cu forța aplicată. Cantitatea de deformare este reflectată pe scară, care se aplică în newtoni. Așa funcționează un dinamometru. Cu propriile mâini acasă, nu este necesar să-l faci dintr-un arc, orice material elastic, de exemplu, o bandă elastică, va funcționa bine.
Calibrare
Pentru ca forțametrul să funcționeze, acesta trebuie calibrat. Puteți folosi gravitația pentru a face acest lucru. Se știe că o forță de un newton corespunde unei greutăți de 102 grame. Dinamometrul este calibrat cu propriile mâini în următoarea secvență:
- dinamometrul este vertical;
- în timp ce arcul nu este încărcat, poziția indicatorului corespunde cu 0;
- dinamometrul este încărcat cu o greutate de 102 grame, marcajul este de 1 newton;
- o greutate de 204 grame va da o poziție marcată de 2 newtoni etc.
După cum puteți vedea, configurațiDinamometrul DIY este ușor.
Diferitele modele de dinamometre „acasă”
Este necesar să se decidă asupra sarcinii care trebuie măsurată. Și este mai bine să faceți un calcul înainte de a face un dinamometru. Cu propriile mâini, puteți crea atât un dispozitiv puternic, cât și unul mic, dar mai sensibil. Și există multe opțiuni de design.
De exemplu, este ușor să faci un dinamometru cu propriile mâini din cauciuc. Nu este diferit de clasica „școală”. Singura diferență este că, în loc de arc, se folosește o bandă elastică mai accesibilă, de exemplu, de la o undiță de pescuit de jos sau de la un model de aeronavă.
Cu puțină imaginație, o seringă obișnuită de unică folosință se transformă într-un dispozitiv pentru măsurarea puterii. Dispozitivul este prezentat în figură, singurul lucru pe care trebuie să vă concentrați este pistonul seringii, care trebuie răsucit (sau tăiat cu un cuțit ascuțit) astfel încât să se deplaseze în interiorul corpului seringii fără efort.
Dacă doriți, puteți face un dinamometru cu propriile mâini dintr-un pix, un pix obișnuit cu arc.
Tija trebuie curățată de cerneală, șlefuiți vârful mingii de scris și introduceți o agrafă obișnuită în interior.
Dinamometru pe elemente piezoelectrice
Dinamometrele prefabricate din ultima vreme sunt cel mai adesea realizate folosind elemente piezoelectrice. Element piezoelectric - cristal, la capetecare in timpul compresiei mecanice apare o diferenta de potential (tensiune). În plus, mărimea acestei diferențe de potențial depinde de gradul de compresie.
Dinamometrele de acest tip se disting prin absența unei curse de tijă (trebuie doar să apăsați elementul sensibil), precizie extremă și un domeniu uriaș de măsurare. Elementele piezo sunt utilizate pentru a realiza atât dispozitive sensibile pentru măsurarea precisă a forțelor mici, cât și dinamometre, care măsoară forțele de tracțiune ale tractoarelor.
