Hmotnosť sa meria váhami, vzdialenosť sa meria pravítkom, tlak sa meria manometrom atď. Bolo vynájdené zariadenie, ktoré meria silu? Takýto nástroj určite existuje. Nazýva sa to dynamometer. S vlastnými rukami doma, mimochodom, je ľahké vyrobiť si jednoduché, ale celkom efektívne zariadenie na meranie sily, vlastný exkluzívny dynamometer.
Hmotnosť, sila, hmotnosť
V rozhovoroch si často zamieňame pojmy ako hmotnosť a hmotnosť. Aký je medzi nimi rozdiel? Malý príklad. Máme gymnastický kettlebell s hmotnosťou 32 kg. Tak veľa ukážu naše domáce váhy, ak na ne položíme tento železný výrobok. Presuňme sa mentálne na povrch Mesiaca. Údaje na váhe, ktoré si vezmeme so sebou, sa zmenia a budú len 5 kg 120 g. Ale na najväčšej planéte našej sústavy, Jupiteri, s najväčšou gravitáciou, váha ukáže všetkých 84,5 kg. Zmenila sa hmotnosť kettlebellu? Nie.
Ako je to možné? Umiestnime závažie do kozmického priestoru, kde v stave beztiaže bude váha vôbec ukazovať nulu. Je váha preč? Aby ste sa uistili, že to tak nie je, stojí za to rozptýliť náš gymnastický prístroj na slušnú rýchlosť a nasmerovať ho na jeden alebo druhý cieľ. Ak sa rovnaký experiment zopakuje na Mesiaci, Zemi, Jupiteri za predpokladu, že rýchlosťv momente zrážky s prekážkou bude rovnaký, zničenie bude rovnaké.
Hmotnosť kettlebellu vo všetkých príkladoch zostáva 32 kg. čo sa mení? Sila, ktorou závažie tlačí na plošinu váhy. A aby sme to zmerali, táto sila, nazývaná „hmotnosť“, je správna nie v kilogramoch, ale v newtonoch.
Sila jedného newtonu sa rovná hmotnosti nákladu 102 gramov na povrchu planéty Zem.
Po vyrobení dynamometra vlastnými rukami budeme môcť merať takú dôležitú fyzikálnu veličinu, akou je sila.
Všeobecný princíp konštrukcie dynamometra
Gravitácia sa na meranie sily používa len zriedka. To je nielen nepohodlné (závažie alebo protizávažie môže fungovať iba vertikálne), ale aj nie úplne presné. Faktom je, že naša Zem nie je tak celkom guľatá. Je to elipsoid, na póloch mierne sploštený. Preto je vzdialenosť na rovníku k stredu planéty väčšia ako na póle, navyše na rovníku pôsobí na každé teleso odstredivá sila, čo mierne znižuje jeho hmotnosť, takže aby bolo zaručené chudnutie (aj keď nie veľa, len o 0,5 %), stačí prejsť od pólu k rovníku.
Na meranie sily sa preto najčastejšie používajú zariadenia na elastických prvkoch. A niekedy je potrebné zmerať silu, ktorá je jednoducho obrovská, napríklad ťah motora rakety vesmírneho nosiča. Môžeme si len predstaviť, aký by mal byť taký dynamometer.
Sotva si ho dokážete vyrobiť vlastnými rukami. Ale princíp fungovania všetkých "meračov výkonu" je rovnaký: siladeformuje pružný prvok, zariadenie zafixuje hodnotu tejto deformácie.
Štandardný dynamometer
Pri laboratórnych prácach na školských hodinách fyziky bolo na meranie sily použité jednoduché pružinové zariadenie. Zvážte, ako vyrobiť dynamometer vlastnými rukami nie horší ako školský.
Základom, na ktorom je celé zariadenie zostavené, je obyčajná drevená doska alebo pásik z polykarbonátu, plastu, cínu, možností je veľa. Na doske je pružina, ktorej jeden koniec je pevne pripevnený, druhý je spojený s telom, cez ktoré sa prenáša sila. Spravidla ide o oceľový hák. Stupeň natiahnutia pružiny je úmerný použitej sile. Veľkosť deformácie sa odráža na stupnici, ktorá je aplikovaná v newtonoch. Takto funguje dynamometer. Doma vlastnými rukami nie je potrebné vyrábať z pružiny, dobre poslúži akýkoľvek elastický materiál, napríklad gumička.
Kalibrácia
Aby silomer fungoval, musí byť kalibrovaný. Môžete na to použiť gravitáciu. Je známe, že sila jeden newton zodpovedá hmotnosti 102 gramov. Dynamometer sa kalibruje vlastnými rukami v nasledujúcom poradí:
- dynamometer je vertikálny;
- pokiaľ pružina nie je zaťažená, poloha ukazovateľa zodpovedá 0;
- dynamometer je zaťažený hmotnosťou 102 gramov, značka je 1 newton;
- hmotnosť 204 gramov poskytne známku 2 newtony atď.
Ako vidíte, nastavteDIY dynamometer je jednoduchý.
Rôzne konštrukcie „domácich“dynamometrov
Je potrebné rozhodnúť o zaťažení, ktoré sa má merať. A je lepšie urobiť výpočet pred vytvorením dynamometra. S vlastnými rukami si môžete vyrobiť výkonné zariadenie aj malé, no citlivejšie. A existuje veľa možností dizajnu.
Napríklad je ľahké vyrobiť silomer vlastnými rukami z gumy. V ničom sa nelíši od klasickej „školy“. Jediný rozdiel je v tom, že namiesto pružiny je použitá dostupnejšia gumička napríklad z rybárskeho prútu alebo modelu lietadla.
Pri troche fantázie sa obyčajná jednorazová injekčná striekačka zmení na prístroj na meranie sily. Zariadenie je znázornené na obrázku, jediné, na čo sa treba zamerať, je piest injekčnej striekačky, ktorý sa musí otáčať (alebo rezať ostrým nožom), aby sa bez námahy pohyboval vo vnútri tela injekčnej striekačky.
Ak chcete, môžete si dynamometer vyrobiť vlastnými rukami z pera, obyčajného guľôčkového pera s pružinou.
Tyč je potrebné očistiť od atramentu, zbrúsiť hrot guľôčky na písanie a vložiť dovnútra obyčajnú kancelársku spinku.
Dynamometer na piezoelektrických prvkoch
Prefabrikované dynamometre sa v poslednej dobe najčastejšie vyrábajú s použitím piezoelektrických prvkov. Piezoelektrický prvok - krištáľ, na koncochpri ktorom sa pri mechanickom stláčaní objaví potenciálny rozdiel (napätie). Okrem toho veľkosť tohto potenciálneho rozdielu závisí od stupňa kompresie.
Dynamometre tohto typu sa vyznačujú absenciou zdvihu tyče (stačí stlačiť citlivý prvok), extrémnou presnosťou a obrovským rozsahom merania. Piezo prvky sa používajú na výrobu citlivých zariadení na presné meranie malých síl a dynamometrov, ktoré merajú ťažné sily traktorov.
