Vægt måles med vægt, afstand med lineal, tryk med manometer osv. Er der opfundet en enhed, der måler kraft? Sådan et værktøj findes bestemt. Det kaldes et dynamometer. Med dine egne hænder derhjemme er det i øvrigt nemt at lave en enkel, men ret effektiv enhed til kraftmåling, dit eget eksklusive dynamometer.
Masse, kraft, vægt
I samtaler forveksler vi ofte begreber som masse og vægt. Hvad er forskellen på dem? Lille eksempel. Vi har en gymnastikkettlebell på 32 kg. Sådan vil vores husholdningsvægte vise, hvis vi sætter dette jernprodukt på dem. Lad os bevæge os ment alt til månens overflade. Aflæsningerne af de vægte, som vi tager med os, vil ændre sig og vil kun være 5 kg 120 g. Men på den største planet i vores system, Jupiter, med den største tyngdekraft, vil vægten vise alle 84,5 kg. Har massen af kettlebell ændret sig? Nej.
Hvordan kan det være? Lad os placere en vægt i det ydre rum, hvor vægten i en tilstand af vægtløshed overhovedet vil vise nul. Er vægten væk? For at sikre, at dette ikke er tilfældet, er det værd at sprede vores gymnastiske apparat til en anstændig hastighed og dirigere det til et eller andet mål. Hvis det samme eksperiment gentages på Månen, Jorden, Jupiter, forudsat at hastighedeni kollisionsøjeblikket med en forhindring vil være den samme, vil ødelæggelsen være identisk.
Kettlebellens masse i alle eksempler forbliver 32 kg. Hvad ændrer sig? Den kraft, hvormed vægten presser på vægtens platform. Og for at måle det, er denne kraft, kaldet "vægt", ikke korrekt i kilogram, men i newton.
En kraft på en newton er lig med vægten af en belastning på 102 gram på overfladen af planeten Jorden.
Så efter at have lavet et dynamometer med vores egne hænder, vil vi være i stand til at måle en så vigtig fysisk størrelse som kraft.
Generelt princip for dynamometerdesign
Tyngekraft bruges sjældent til at måle kraft. Dette er ikke kun ubelejligt (en vægt eller modvægt kan kun fungere lodret), men heller ikke helt nøjagtig. Faktum er, at vores jord ikke helt er en kugle. Det er en ellipsoide, let fladtrykt ved polerne. Derfor er afstanden ved ækvator til planetens centrum større end ved polen, desuden er ethvert legeme ved ækvator påvirket af centrifugalkraft, hvilket reducerer dens vægt en smule, så for at være garanteret at tabe sig (omend ikke meget, kun med 0,5 %), du skal bare gå fra polen til ækvator.
Derfor bruges der oftest enheder på elastiske elementer for at måle kraft. Og nogle gange er det nødvendigt at måle en kraft, der simpelthen er enorm, for eksempel kraften fra motoren på en rumfartøjsraket. Man kan kun forestille sig, hvordan sådan et dynamometer skal være.
Du kan næsten ikke lave en med dine egne hænder. Men driftsprincippet for alle "effektmålere" er det samme: kraftendeformerer det elastiske element, fastsætter enheden værdien af denne deformation.
Standard Dynamometer
I laboratoriearbejdet i skolernes fysiktimer blev en simpel fjederanordning brugt til at måle kraft. Overvej, hvordan man laver et dynamometer med dine egne hænder, der ikke er værre end en skole.
Grundlaget, hvorpå hele enheden er samlet, er en almindelig planke af træ eller en strimmel af polycarbonat, plastik, tin, der er mange muligheder. Der er en fjeder på pladen, hvis ene ende er stift fast, den anden er forbundet med kroppen, gennem hvilken kraften overføres. Som regel er dette en stålkrog. Graden af strækning af fjederen er proportional med den påførte kraft. Mængden af deformation afspejles på skalaen, som påføres i newton. Sådan fungerer et dynamometer. Med dine egne hænder derhjemme er det ikke nødvendigt at lave det fra en fjeder, ethvert elastisk materiale, for eksempel et elastikbånd, vil fungere fint.
Kalibrering
For at kraftmåleren skal fungere, skal den kalibreres. Du kan bruge tyngdekraften til at gøre dette. Det er kendt, at en kraft på en newton svarer til en vægt på 102 gram. Dynamometeret kalibreres med dine egne hænder i følgende rækkefølge:
- dynamometer er lodret;
- mens fjederen ikke er belastet, svarer viserens position til 0;
- dynamometer er belastet med en vægt på 102 gram, mærket er 1 newton;
- en vægt på 204 gram vil give en mærkeposition på 2 newton osv.
Som du kan se, opsætDIY dynamometer er nemt.
Forskellige designs af "home" dynamometre
Det er nødvendigt at beslutte, hvilken belastning der skal måles. Og det er bedre at lave en beregning, før du laver et dynamometer. Med dine egne hænder kan du lave både en kraftfuld enhed og en lille, men mere følsom. Og der er mange designmuligheder.
Det er for eksempel nemt at lave et dynamometer med egne hænder af gummi. Den er ikke anderledes end den klassiske "skole". Den eneste forskel er, at der i stedet for en fjeder bruges et mere tilgængeligt elastikbånd, for eksempel fra en bundfiskestang eller modelfly.
Med lidt fantasi bliver en almindelig engangssprøjte til et apparat til at måle styrke. Enheden er vist på figuren, det eneste der skal fokuseres på er sprøjtestemplet, som skal vendes rundt (eller skæres med en skarp kniv), så det bevæger sig inde i sprøjtens krop uden anstrengelse.
Hvis du ønsker det, kan du lave et dynamometer med dine egne hænder af en kuglepen, en almindelig kuglepen med en fjeder.
Stangen skal renses for blæk, slib spidsen af skrivekuglen af og sæt en almindelig papirclips i.
Dynamometer på piezoelektriske elementer
Præfabrikerede dynamometre i nyere tid er oftest lavet ved hjælp af piezoelektriske elementer. Piezoelektrisk element - krystal, i endernesom under mekanisk kompression opstår en potentialforskel (spænding). Desuden afhænger størrelsen af denne potentielle forskel af graden af kompression.
Dynamometre af denne type er kendetegnet ved fraværet af et stangslag (du skal bare trykke på det følsomme element), ekstrem nøjagtighed og et enormt måleområde. Piezo-elementer bruges til at lave både følsomme enheder til nøjagtig måling af små kræfter og dynamometre, som måler traktorernes trækkræfter.
