Svaru mēra ar svariem, attālumu ar lineālu, spiedienu ar manometru utt. Vai ir izgudrota ierīce, kas mēra spēku? Šāds rīks noteikti pastāv. To sauc par dinamometru. Ar savām rokām mājās, starp citu, ir viegli izveidot vienkāršu, bet diezgan efektīvu spēka mērīšanas ierīci, savu ekskluzīvo dinamometru.
Masa, spēks, svars
Sarunās mēs bieži jaucam tādus jēdzienus kā masa un svars. Kāda ir atšķirība starp tām? Mazs piemērs. Mums ir vingrošanas tējkanna, kas sver 32 kg. Tik daudz rādīs mūsu sadzīves svari, ja uzliksim uz tiem šo dzelzs izstrādājumu. Garīgi pāriesim uz Mēness virsmu. Svaru rādījumi, kurus ņemsim līdzi, mainīsies un būs tikai 5 kg 120 g. Bet uz mūsu sistēmas lielākās planētas Jupitera ar vislielāko gravitāciju svari rādīs visus 84,5 kg. Vai ir mainījusies tējkanna masa? Nr.
Kā tas var būt? Novietosim svaru kosmosā, kur bezsvara stāvoklī svari vispār rādīs nulli. Vai svars ir pazudis? Lai pārliecinātos, ka tas tā nav, ir vērts izkliedēt mūsu vingrošanas aparātu līdz pienācīgam ātrumam un novirzīt to uz vienu vai otru mērķi. Ja to pašu eksperimentu atkārto uz Mēness, Zemes, Jupitera, ar nosacījumu, ka ātrumssadursmes brīdī ar šķērsli būs tāds pats, iznīcināšana būs identiska.
Visos piemēros tējkanna masa ir 32 kg. Kas mainās? Spēks, ar kādu svars spiež uz līdzsvara platformu. Un, lai to izmērītu, šis spēks, ko sauc par "svaru", ir pareizs nevis kilogramos, bet gan ņūtonos.
Viena ņūtona spēks ir vienāds ar 102 gramu slodzes svaru uz planētas Zeme.
Tātad, ar savām rokām izgatavojuši dinamometru, varēsim izmērīt tik svarīgu fizisko lielumu kā spēks.
Dinamometra konstrukcijas vispārējais princips
Gravitāciju spēka mērīšanai izmanto reti. Tas ir ne tikai neērti (atsvars vai pretsvars var darboties tikai vertikāli), bet arī ne pilnīgi precīzi. Fakts ir tāds, ka mūsu Zeme nav gluži sfēra. Tas ir elipsoīds, nedaudz saplacināts pie poliem. Līdz ar to attālums pie ekvatora līdz planētas centram ir lielāks nekā pie pola, turklāt pie ekvatora jebkuru ķermeni iedarbojas centrbēdzes spēks, kas nedaudz samazina tā svaru, tātad, lai būtu garantēta svara zaudēšana (lai gan ne daudz, tikai par 0,5%), jums vienkārši jāiet no pola līdz ekvatoram.
Tāpēc spēka mērīšanai visbiežāk izmanto ierīces uz elastīgiem elementiem. Un dažreiz ir jāmēra spēks, kas ir vienkārši milzīgs, piemēram, kosmosa nesēja raķetes dzinēja vilce. Var tikai iedomāties, kādam jābūt šādam dinamometram.
Jūs diez vai varat tādu izgatavot ar savām rokām. Bet visu "jaudas mērītāju" darbības princips ir vienāds: spēksdeformē elastīgo elementu, ierīce fiksē šīs deformācijas vērtību.
Standarta dinamometrs
Skolas fizikas stundu laboratorijas darbos spēka mērīšanai tika izmantota vienkārša atsperu ierīce. Apsveriet, kā ar savām rokām izgatavot dinamometru, kas nav sliktāks par skolas ierīci.
Pamats, uz kura tiek montēta visa ierīce, ir parasts koka dēlis vai polikarbonāta, plastmasas, skārda sloksne, ir daudz iespēju. Uz plāksnes ir atspere, kuras viens gals ir stingri fiksēts, otrs ir savienots ar korpusu, caur kuru tiek pārnests spēks. Parasti tas ir tērauda āķis. Atsperes stiepes pakāpe ir proporcionāla pieliktajam spēkam. Deformācijas apjoms tiek atspoguļots skalā, kas tiek pielietots ņūtonos. Šādi darbojas dinamometrs. Ar savām rokām mājās nav nepieciešams taisīt no atsperes, lieliski derēs jebkurš elastīgs materiāls, piemēram, gumija.
Kalibrēšana
Lai spēka mērītājs darbotos, tas ir jākalibrē. Lai to izdarītu, varat izmantot gravitāciju. Ir zināms, ka viena ņūtona spēks atbilst 102 gramu svaram. Dinamometrs tiek kalibrēts ar savām rokām šādā secībā:
- dinamometrs ir vertikāls;
- kamēr atspere nav noslogota, rādītāja pozīcija atbilst 0;
- dinamometrs ir noslogots ar 102 gramu svaru, atzīme ir 1 ņūtons;
- 204 gramu svars nodrošinās 2 ņūtonu atzīmes pozīciju utt.
Kā redzat, iestatietDIY dinamometrs ir vienkāršs.
Dažādu dizainu "mājas" dinamometri
Jāizlemj par mērāmo slodzi. Un pirms dinamometra izgatavošanas labāk veikt aprēķinu. Ar savām rokām jūs varat izgatavot gan jaudīgu ierīci, gan mazu, bet jutīgāku. Un ir daudz dizaina iespēju.
Piemēram, ar savām rokām no gumijas ir viegli izgatavot dinamometru. Tas neatšķiras no klasiskās "skolas". Vienīgā atšķirība ir tāda, ka atsperes vietā tiek izmantota pieejamāka elastīgā lente, piemēram, no gruntsmakšķeres vai lidmašīnas modeļa.
Ar nelielu iztēli parastā vienreizējās lietošanas šļirce pārvēršas par ierīci spēka mērīšanai. Ierīce ir parādīta attēlā, vienīgais, uz ko jākoncentrējas, ir šļirces virzulis, kas jāapgriež (vai jāsagriež ar asu nazi), lai tas bez piepūles pārvietotos šļirces korpusā.
Ja vēlaties, varat savām rokām izgatavot dinamometru no pildspalvas, parastu lodīšu pildspalvu ar atsperi.
Stienis ir jānotīra no tintes, jānoslīpē rakstāmbumbiņas gals un jāievieto iekšā parastā papīra saspraude.
Pjezoelektrisko elementu dinamometrs
Saliekamie dinamometri pēdējā laikā visbiežāk tiek izgatavoti, izmantojot pjezoelektriskos elementus. Pjezoelektriskais elements - kristāls, galoskuras mehāniskās saspiešanas laikā parādās potenciālu starpība (spriegums). Turklāt šīs potenciālās starpības lielums ir atkarīgs no saspiešanas pakāpes.
Šā tipa dinamometri izceļas ar stieņa gājiena neesamību (jums tikai jānospiež jutīgais elements), ārkārtēju precizitāti un milzīgu mērījumu diapazonu. Pjezo elementi tiek izmantoti, lai izgatavotu gan jutīgas ierīces mazu spēku precīzai mērīšanai, gan dinamometrus, kas mēra traktoru vilces spēkus.
