يقاس الوزن بالميزان ، والمسافة بالمسطرة ، والضغط بمقياس ضغط ، وما إلى ذلك. هل تم اختراع جهاز يقيس القوة؟ هذه الأداة موجودة بالتأكيد. يطلق عليه مقياس الدينامومتر. بالمناسبة ، بيديك في المنزل ، من السهل صنع جهاز بسيط ولكنه فعال للغاية لقياس القوة ، مقياس القوة الحصري الخاص بك.
الكتلة والقوة والوزن
في المحادثات ، غالبًا ما نخلط بين مفاهيم مثل الكتلة والوزن. ما الفرق بينهم؟ مثال صغير. لدينا kettlebell الجمباز وزن 32 كجم. هذا هو المقدار الذي ستظهره موازين المنزل لدينا ، إذا وضعنا منتج الحديد هذا عليها. دعنا ننتقل عقليا إلى سطح القمر. ستتغير قراءات المقاييس التي سنأخذها معنا وستكون 5 كجم فقط و 120 جم ، لكن على أكبر كوكب في نظامنا ، كوكب المشتري ، بأكبر جاذبية ، ستظهر المقاييس 84.5 كجم. هل تغيرت كتلة الجرس؟ رقم
كيف يكون هذا؟ دعونا نضع وزناً في الفضاء الخارجي ، حيث في حالة انعدام الوزن تظهر المقاييس صفراً على الإطلاق. هل ذهب الوزن؟ للتأكد من أن الأمر ليس كذلك ، فإن الأمر يستحق تشتيت جهاز الجمباز لدينا بسرعة مناسبة وتوجيهه إلى هدف أو آخر. إذا تكررت نفس التجربة على القمر ، الأرض ، كوكب المشتري بشرط أن تكون السرعةفي لحظة الاصطدام بعائق سيكون هو نفسه ، سيكون التدمير متطابقًا.
كتلة الجرس في جميع الأمثلة لا تزال 32 كجم. ما الذي يتغير؟ القوة التي يضغط بها الوزن على منصة الميزان. ولقياسها هذه القوة المسماة "الوزن" صحيحة ليس بالكيلوجرام بل بالنيوتن.
قوة واحد نيوتن تساوي وزن حمولة 102 جرام على سطح كوكب الأرض.
لذلك ، بعد أن صنعنا مقياس ديناميكي بأيدينا ، سنكون قادرين على قياس كمية مادية مهمة مثل القوة.
المبدأ العام لتصميم المقوى
نادرًا ما تستخدم الجاذبية لقياس القوة. هذا ليس فقط غير مريح (يمكن للوزن أو ثقل الموازنة العمل عموديًا فقط) ، ولكنه أيضًا ليس دقيقًا تمامًا. الحقيقة هي أن أرضنا ليست كروية تمامًا. وهو شكل بيضاوي الشكل ، مفلطح قليلاً عند القطبين. لذلك فإن المسافة عند خط الاستواء إلى مركز الكوكب أكبر منها عند القطب ، بالإضافة إلى ذلك ، عند خط الاستواء ، يتأثر أي جسم بقوة الطرد المركزي ، مما يقلل وزنه بشكل طفيف ، وذلك لضمان فقدان الوزن. (وإن لم يكن كثيرًا ، بنسبة 0.5٪ فقط) ، ما عليك سوى الانتقال من القطب إلى خط الاستواء.
لذلك ، من أجل قياس القوة ، غالبًا ما يتم استخدام الأجهزة على العناصر المرنة. وأحيانًا يكون من الضروري قياس قوة هائلة ببساطة ، على سبيل المثال ، قوة الدفع لمحرك صاروخ ناقل فضائي. يمكن للمرء أن يتخيل فقط كيف يجب أن يكون مثل هذا المقوى.
بالكاد يمكنك صنع واحدة بيديك. لكن مبدأ التشغيل لجميع "عدادات الطاقة" هو نفسه: القوةيشوه العنصر المرن ، ويصلح الجهاز قيمة هذا التشوه
مقياس ديناميكي قياسي
في العمل المخبري لدروس الفيزياء المدرسية ، تم استخدام جهاز نابض بسيط لقياس القوة. ضع في اعتبارك كيفية عمل مقياس ديناميكي بيديك ليس أسوأ من مقياس قوة المدرسة.
الأساس الذي يتم على أساسه تجميع الجهاز بالكامل هو لوح خشبي عادي أو شريط من البولي كربونات والبلاستيك والقصدير ، وهناك العديد من الخيارات. يوجد زنبرك على اللوحة ، أحد طرفيه مثبت بشكل صارم ، والآخر متصل بالجسم الذي تنتقل القوة من خلاله. كقاعدة عامة ، هذا خطاف فولاذي. تتناسب درجة تمدد الزنبرك مع القوة المطبقة. ينعكس مقدار التشوه على المقياس المطبق بالنيوتن. هذه هي الطريقة التي يعمل بها مقياس القوة. بيديك في المنزل ، ليس من الضروري أن تصنعه من زنبرك ، أي مادة مرنة ، على سبيل المثال ، شريط مطاطي ، ستعمل بشكل جيد.
معايرة
لكي يعمل عداد القوة ، يجب معايرته. يمكنك استخدام الجاذبية للقيام بذلك. من المعروف أن قوة مقدارها نيوتن واحد تتوافق مع وزن 102 جرام. يتم معايرة المقوى بأيديكم بالتسلسل التالي:
- المقوى عمودي ؛
- أثناء عدم تحميل الربيع ، يتوافق موضع المؤشر مع 0 ؛
- دينامومتر محمل بوزن 102 جرام ، العلامة 1 نيوتن ؛
- وزن 204 جرام سيعطي موضع علامة 2 نيوتن ، إلخ.
كما ترى ، قم بالإعدادالمقوى DIY سهل.
تصميمات مختلفة لمقاييس دينامومتر "المنزل"
من الضروري تحديد الحمل المراد قياسه. ومن الأفضل إجراء حساب قبل عمل مقياس القوة. بيديك ، يمكنك صنع جهاز قوي وآخر صغير ، ولكن أكثر حساسية. وهناك العديد من خيارات التصميم
على سبيل المثال ، من السهل عمل مقياس ديناميكي بيديك من المطاط. إنها لا تختلف عن "المدرسة" الكلاسيكية. الاختلاف الوحيد هو أنه بدلاً من الزنبرك ، يتم استخدام شريط مرن يسهل الوصول إليه ، على سبيل المثال ، من قضيب صيد سفلي أو نموذج طائرة.
بقليل من الخيال تتحول حقنة عادية تستخدم لمرة واحدة إلى جهاز لقياس القوة. الجهاز موضح في الشكل ، الشيء الوحيد الذي يجب التركيز عليه هو مكبس الحقنة ، والذي يجب قلبه (أو قطعه بسكين حاد) بحيث يتحرك داخل جسم المحقنة دون جهد.
إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك عمل مقياس ديناميكي بيديك من قلم ، قلم حبر جاف عادي بزنبرك.
يجب تنظيف القضيب من الحبر ، وطحن طرف كرة الكتابة وإدخال مشبك ورق عادي بالداخل.
مقياس ديناميكي على عناصر كهرضغطية
غالبًا ما يتم تصنيع المقاييس الديناميكية الجاهزة في الآونة الأخيرة باستخدام عناصر كهرضغطية. عنصر كهرضغطية - بلور ، في النهاياتيظهر فرق الجهد (الجهد) أثناء الضغط الميكانيكي. علاوة على ذلك ، يعتمد حجم فرق الجهد هذا على درجة الضغط.
تتميز مقاييس الدينامومتر من هذا النوع بغياب ضربة قضيب (تحتاج فقط إلى الضغط على العنصر الحساس) ، ودقة قصوى ونطاق قياس ضخم. تُستخدم عناصر بيزو لصنع كل من الأجهزة الحساسة لقياس القوى الصغيرة بدقة ، ومقاييس الدينامومتر ، التي تقيس قوى الجر للجرارات.
