Gewicht wordt gemeten met een weegschaal, afstand met een liniaal, druk met een manometer, enz. Is er een apparaat uitgevonden dat kracht meet? Zo'n tool bestaat zeker. Het heet een dynamometer. Met je eigen handen thuis is het trouwens gemakkelijk om een eenvoudig maar behoorlijk efficiënt apparaat te maken voor het meten van kracht, je eigen exclusieve dynamometer.
Massa, kracht, gewicht
In gesprekken verwarren we vaak begrippen als massa en gewicht. Wat is het verschil tussen hen? Klein voorbeeld. We hebben een gymnastiek-kettlebell van 32 kg. Dit is hoeveel onze huishoudweegschaal zal laten zien als we dit ijzeren product erop leggen. Laten we mentaal naar het oppervlak van de maan gaan. De aflezingen van de schalen die we zullen meenemen zullen veranderen en zullen slechts 5 kg 120 g zijn, maar op de grootste planeet in ons systeem, Jupiter, met de grootste zwaartekracht, zal de weegschaal alle 84,5 kg aangeven. Is de massa van de kettlebell veranderd? Nee.
Hoe kan dit? Laten we een gewicht in de ruimte plaatsen, waar in een staat van gewichtloosheid de weegschaal helemaal nul zal aangeven. Is het gewicht weg? Om ervoor te zorgen dat dit niet het geval is, is het de moeite waard om ons gymnastiekapparaat met een behoorlijke snelheid te verspreiden en naar een of ander doel te richten. Als hetzelfde experiment wordt herhaald op de maan, aarde, Jupiter, op voorwaarde dat de snelheidop het moment van botsing met een obstakel hetzelfde zal zijn, zal de vernietiging identiek zijn.
De massa van de kettlebell blijft in alle voorbeelden 32 kg. Wat verandert er? De kracht waarmee het gewicht op het platform van de balans drukt. En om het te meten, is deze kracht, "gewicht" genaamd, niet correct in kilogram, maar in Newton.
Een kracht van één Newton is gelijk aan het gewicht van een lading van 102 gram op het oppervlak van de planeet Aarde.
Dus, nadat we met onze eigen handen een dynamometer hebben gemaakt, kunnen we zo'n belangrijke fysieke hoeveelheid als kracht meten.
Algemeen principe van het ontwerp van een rollenbank
Zwaartekracht wordt zelden gebruikt om kracht te meten. Dit is niet alleen onhandig (een gewicht of contragewicht kan alleen verticaal werken), maar ook niet helemaal nauwkeurig. Het feit is dat onze aarde niet helemaal een bol is. Het is een ellipsoïde, enigszins afgeplat aan de polen. Daarom is de afstand op de evenaar tot het centrum van de planeet groter dan aan de paal, bovendien wordt elk lichaam op de evenaar beïnvloed door middelpuntvliedende kracht, die het gewicht enigszins vermindert, dus om gegarandeerd gewicht te verliezen (hoewel niet veel, met slechts 0,5%), je hoeft alleen maar van de pool naar de evenaar te gaan.
Daarom worden voor het meten van kracht meestal apparaten op elastische elementen gebruikt. En soms is het nodig om een kracht te meten die gewoon enorm is, bijvoorbeeld de stuwkracht van de motor van een ruimtedraagraket. Je kunt je alleen maar voorstellen hoe zo'n dynamometer eruit zou moeten zien.
Je kunt er nauwelijks een maken met je eigen handen. Maar het werkingsprincipe voor alle "vermogensmeters" is hetzelfde: de krachtvervormt het elastische element, het apparaat bepa alt de waarde van deze vervorming.
Standaard Dynamometer
In het laboratoriumwerk van natuurkundelessen op school werd een eenvoudig veerapparaat gebruikt om kracht te meten. Overweeg hoe je een dynamometer met je eigen handen kunt maken die niet slechter is dan die van een school.
De basis waarop het hele apparaat wordt gemonteerd, is een gewone plank van hout of een strook polycarbonaat, plastic, blik, er zijn veel opties. Er zit een veer op de plaat, waarvan het ene uiteinde star is bevestigd, het andere is verbonden met het lichaam waardoor de kracht wordt overgebracht. In de regel is dit een stalen haak. De mate van uitrekken van de veer is evenredig met de uitgeoefende kracht. De hoeveelheid vervorming wordt weergegeven op de schaal, die wordt toegepast in Newton. Dit is hoe een dynamometer werkt. Met je eigen handen thuis, is het niet nodig om het van een veer te maken, elk elastisch materiaal, bijvoorbeeld een elastische band, zal prima werken.
Kalibratie
Om de krachtmeter te laten werken, moet deze worden gekalibreerd. Hiervoor kun je zwaartekracht gebruiken. Het is bekend dat een kracht van één Newton overeenkomt met een gewicht van 102 gram. De rollenbank wordt met uw eigen handen gekalibreerd in de volgende volgorde:
- dynamometer is verticaal;
- terwijl de veer niet is belast, komt de positie van de wijzer overeen met 0;
- dynamometer is belast met een gewicht van 102 gram, het merkteken is 1 newton;
- een gewicht van 204 gram geeft een markeringspositie van 2 newton, enz.
Zoals je kunt zien, instellenDIY-dynamometer is eenvoudig.
Verschillende ontwerpen van "thuis" dynamometers
Het is noodzakelijk om te beslissen over de te meten belasting. En het is beter om een berekening te maken voordat u een rollenbank maakt. Met uw eigen handen kunt u zowel een krachtig apparaat als een klein, maar gevoeliger apparaat maken. En er zijn veel ontwerpopties.
Het is bijvoorbeeld gemakkelijk om met je eigen handen een rollenbank van rubber te maken. Het is niet anders dan de klassieke "school". Het enige verschil is dat in plaats van een veer een meer toegankelijke elastische band wordt gebruikt, bijvoorbeeld van een bodemhengel of een modelvliegtuig.
Met een beetje fantasie verandert een gewone wegwerpspuit in een apparaat voor het meten van kracht. Het apparaat wordt weergegeven in de afbeelding, het enige waar u zich op moet concentreren, is de zuiger van de spuit, die moet worden gedraaid (of moet worden gesneden met een scherp mes) zodat deze moeiteloos in het lichaam van de spuit kan bewegen.
Als je wilt, kun je met je eigen handen een dynamometer maken van een pen, een gewone balpen met een veer.
De staaf moet worden ontdaan van inkt, de punt van de schrijfbal afslijpen en een gewone paperclip erin steken.
Dynamometer op piëzo-elektrische elementen
Geprefabriceerde dynamometers in de afgelopen tijd worden meestal gemaakt met behulp van piëzo-elektrische elementen. Piëzo-elektrisch element - kristal, aan de uiteindenwaarbij tijdens mechanische compressie een potentiaalverschil (spanning) ontstaat. Bovendien hangt de grootte van dit potentiaalverschil af van de mate van compressie.
Dynamometers van dit type onderscheiden zich door de afwezigheid van een staafslag (je hoeft alleen maar op het gevoelige element te drukken), extreme nauwkeurigheid en een enorm meetbereik. Piëzo-elementen worden gebruikt om zowel gevoelige apparaten te maken voor het nauwkeurig meten van kleine krachten als dynamometers, die de trekkrachten van tractoren meten.
