Paino mitataan vaa'alla, etäisyys viivaimella, paine painemittarilla jne. Onko keksitty laite, joka mittaa voimaa? Sellainen työkalu on varmasti olemassa. Sitä kutsutaan dynamometriksi. Omin käsin kotona on muuten helppo tehdä yksinkertainen mutta varsin tehokas voimanmittauslaite, oma ainutlaatuinen dynamometri.
Massa, voima, paino
Keskusteluissa sekoitamme usein käsitteet, kuten massa ja paino. Mitä eroa niillä on? Pieni esimerkki. Meillä on voimistelukahva, joka painaa 32 kg. Näin paljon kotivaakamme näyttää, jos laitamme niihin tämän rautatuotteen. Siirrytään henkisesti kuun pintaan. Mukana ottavan vaa'an lukemat muuttuvat ja ovat vain 5 kg 120 g. Mutta järjestelmämme suurimmalla planeetalla Jupiterilla, jolla on suurin painovoima, vaaka näyttää kaikki 84,5 kg. Onko kahvakuulamassa muuttunut? Ei.
Miten tämä voi olla? Laitetaanpa paino ulkoavaruuteen, jossa painottomuuden tilassa vaaka näyttää ollenkaan nollaa. Onko paino mennyt? Varmistaaksemme, ettei näin ole, kannattaa hajottaa voimistelulaitteistomme kohtuulliseen nopeuteen ja ohjata se yhteen tai toiseen kohteeseen. Jos sama koe toistetaan Kuussa, Maassa, Jupiterissa, jos nopeustörmäyshetkellä esteen kanssa on sama, tuho on identtinen.
Pakkakuulamassa pysyy kaikissa esimerkeissä 32 kg. Mikä muuttuu? Voima, jolla paino painaa vaa'an alustaa. Ja sen mittaamiseksi tämä "painoksi" kutsuttu voima on oikea kilogrammoina, vaan newtoneina.
Yhden newtonin voima on yhtä suuri kuin 102 gramman kuorman paino Maapallon pinnalla.
Joten, kun olemme tehneet dynamometrin omin käsin, voimme mitata niin tärkeän fyysisen suuren kuin voima.
Dynamometrin suunnittelun yleinen periaate
Painovoimaa käytetään harvoin voiman mittaamiseen. Tämä ei ole vain hankalaa (paino tai vastapaino voi toimia vain pystysuunnassa), mutta ei myöskään täysin tarkkaa. Tosiasia on, että maapallomme ei ole aivan pallo. Se on ellipsoidi, joka on hieman litistetty navoista. Siksi etäisyys päiväntasaajalla planeetan keskustaan on suurempi kuin navalla, lisäksi päiväntasaajalla mihin tahansa kehoon vaikuttaa keskipakovoima, mikä vähentää hieman sen painoa, jotta painonpudotus taataan (tosin ei paljon, vain 0,5 %), sinun tarvitsee vain mennä nav alta päiväntasaajalle.
Siksi voiman mittaamiseen käytetään useimmiten elastisten elementtien laitteita. Ja joskus on tarpeen mitata voima, joka on yksinkertaisesti v altava, esimerkiksi avaruustukialusraketin moottorin työntövoima. Voidaan vain kuvitella, millainen sellaisen dynamometrin pitäisi olla.
Sinä tuskin voi tehdä sellaista omin käsin. Mutta kaikkien "tehomittareiden" toimintaperiaate on sama: voimamuuttaa elastisen elementin muotoaan, laite kiinnittää tämän muodonmuutoksen arvon.
Vakiodynamometri
Koulujen fysiikan oppituntien laboratoriotyössä voiman mittaamiseen käytettiin yksinkertaista jousilaitetta. Harkitse kuinka tehdä dynamometri omilla käsilläsi ei huonompi kuin koulu.
Koko laitteen kokoonpanon perustana on tavallinen puulankku tai polykarbonaattiliuska, muovi, tina, vaihtoehtoja on monia. Levyssä on jousi, jonka toinen pää on jäykästi kiinnitetty, toinen on yhdistetty runkoon, jonka läpi voima välittyy. Yleensä tämä on teräskoukku. Jousen venytysaste on verrannollinen käytettyyn voimaan. Muodonmuutosten määrä heijastuu asteikolla, jota sovelletaan newtoneina. Näin dynamometri toimii. Omin käsin kotona sitä ei tarvitse tehdä jousesta, mikä tahansa elastinen materiaali, esimerkiksi kuminauha, käy hyvin.
Kalibrointi
Jotta voimamittari toimisi, se on kalibroitava. Voit tehdä tämän käyttämällä painovoimaa. Tiedetään, että yhden newtonin voima vastaa 102 gramman painoa. Dynamometri kalibroidaan omin käsin seuraavassa järjestyksessä:
- dynamometri on pystysuorassa;
- kun jousi ei ole ladattu, osoittimen sijainti vastaa 0;
- dynamometrin paino on 102 grammaa, merkki on 1 newton;
- 204 gramman paino antaa 2 newtonia jne.
Kuten näet, määritäTee-se-itse-dynamometri on helppoa.
Erilaisia "kotidynamometrejä"
Mitattava kuorma on päätettävä. Ja on parempi tehdä laskelma ennen dynamometrin tekemistä. Omin käsin voit tehdä sekä tehokkaan laitteen että pienen, mutta herkemmän. Ja suunnitteluvaihtoehtoja on monia.
Esimerkiksi dynamometri on helppo tehdä omin käsin kumista. Se ei eroa klassisesta "koulusta". Ainoa ero on, että jousen sijaan käytetään helpompaa kuminauhaa esimerkiksi pohjavavasta tai lentokoneen mallista.
Tavallisesta kertakäyttöruiskusta tulee pienellä mielikuvituksella voimanmittauslaite. Laite näkyy kuvassa, ainoa mihin kannattaa keskittyä on ruiskun mäntä, joka on käännettävä ympäri (tai leikattava terävällä veitsellä), jotta se liikkuu ruiskun rungon sisällä vaivattomasti.
Voit halutessasi tehdä dynamometrin omin käsin kynästä, tavallisesta kuulakärkikynästä jousella.
Sauva on puhdistettava musteesta, hiottava kirjoituspallon kärki pois ja asetettava sisään tavallinen paperiliitin.
Dynamometri pietsosähköisissä elementeissä
Esivalmistetut dynamometrit on viime aikoina valmistettu useimmiten pietsosähköisistä elementeistä. Pietsosähköinen elementti - kristalli, päissäjohon mekaanisen puristuksen aikana ilmaantuu potentiaaliero (jännite). Lisäksi tämän potentiaalieron suuruus riippuu puristusasteesta.
Tällaisille dynamometreille on ominaista tangon iskun puuttuminen (sinun täytyy vain painaa herkkää elementtiä), äärimmäinen tarkkuus ja v altava mittausalue. Pietsoelementeistä valmistetaan sekä herkkiä laitteita pienten voimien tarkkaan mittaamiseen että dynamometrejä, jotka mittaavat traktoreiden vetovoimia.
