Hmotnost se měří pomocí vah, vzdálenost pomocí pravítka, tlak pomocí manometru atd. Bylo vynalezeno zařízení, které měří sílu? Takový nástroj určitě existuje. Říká se tomu dynamometr. S vlastníma rukama doma, mimochodem, je snadné vyrobit si jednoduché, ale docela účinné zařízení pro měření síly, svůj vlastní exkluzivní dynamometr.
Hmotnost, síla, hmotnost
V konverzacích si často pleteme pojmy jako hmotnost a hmotnost. jaký je mezi nimi rozdíl? Malý příklad. Máme gymnastický kettlebell o váze 32 kg. Tolik ukáže naše domácí váha, položíme-li na ně tento železný výrobek. Přesuňme se mentálně na povrch Měsíce. Údaje na váze, kterou si vezmeme s sebou, se změní a budou pouze 5 kg 120 g. Ale na největší planetě naší soustavy, Jupiteru, s největší gravitací, váha ukáže všech 84,5 kg. Změnila se hmotnost kettlebellu? Č.
Jak je to možné? Umístíme závaží do vesmíru, kde ve stavu beztíže bude váha vůbec ukazovat nulu. Je váha pryč? Abychom se ujistili, že tomu tak není, stojí za to rozptýlit náš gymnastický aparát na slušnou rychlost a nasměrovat jej na ten či onen cíl. Pokud se stejný experiment opakuje na Měsíci, Zemi, Jupiteru, za předpokladu, že rychlostv okamžiku střetu s překážkou bude stejný, zničení bude totožné.
Hmotnost kettlebellu ve všech příkladech zůstává 32 kg. co se mění? Síla, kterou závaží tlačí na plošinu váhy. A abychom to změřili, tato síla, nazývaná „váha“, není správná v kilogramech, ale v newtonech.
Síla jednoho newtonu se rovná hmotnosti nákladu 102 gramů na povrchu planety Země.
Po vyrobení dynamometru vlastníma rukama budeme schopni měřit tak důležitou fyzikální veličinu, jako je síla.
Obecný princip konstrukce dynamometru
Gravitace se k měření síly používá jen zřídka. To je nejen nepohodlné (závaží nebo protizávaží může fungovat pouze svisle), ale také ne zcela přesné. Faktem je, že naše Země není tak docela koule. Je to elipsoid, na pólech mírně zploštělý. Proto je vzdálenost na rovníku ke středu planety větší než na pólu, navíc na rovníku působí na každé těleso odstředivá síla, která mírně snižuje jeho hmotnost, takže aby bylo zaručeno zhubnutí (i když ne moc, pouze o 0,5 %), stačí jít od pólu k rovníku.
Pro měření síly se proto nejčastěji používají zařízení na pružných prvcích. A někdy je potřeba změřit sílu, která je prostě obrovská, například tah motoru rakety vesmírného nosiče. Člověk si může jen představit, jaký by takový dynamometr měl být.
Stěží si jeden uděláte vlastníma rukama. Ale princip fungování všech "měřičů výkonu" je stejný: síladeformuje pružný prvek, zařízení hodnotu této deformace zafixuje.
Standardní dynamometr
Při laboratorní práci ve školních hodinách fyziky bylo k měření síly použito jednoduché pružinové zařízení. Zvažte, jak vyrobit dynamometr vlastníma rukama o nic horší než školní.
Základem, na kterém je celé zařízení sestaveno, je obyčejné prkno ze dřeva nebo pruh polykarbonátu, plastu, cínu, možností je mnoho. Na desce je pružina, jejíž jeden konec je pevně upevněn, druhý je spojen s tělesem, přes které se přenáší síla. Zpravidla se jedná o ocelový hák. Stupeň natažení pružiny je úměrný použité síle. Velikost deformace se odráží na stupnici, která je aplikována v newtonech. Takto funguje dynamometr. Doma vlastníma rukama není nutné vyrábět z pružiny, poslouží jakýkoli elastický materiál, například gumička.
Kalibrace
Aby měřič síly fungoval, musí být zkalibrován. Můžete k tomu použít gravitaci. Je známo, že síla jednoho newtonu odpovídá hmotnosti 102 gramů. Dynamometr se kalibruje vlastníma rukama v následujícím pořadí:
- dynamometr je vertikální;
- když pružina není zatížena, poloha ukazatele odpovídá 0;
- dynamometr je zatížen hmotností 102 gramů, značka je 1 newton;
- hmotnost 204 gramů zajistí pozici značky 2 newtony atd.
Jak vidíte, nastavteDIY dynamometr je snadný.
Různá provedení „domácích“dynamometrů
Je nutné rozhodnout o zátěži, která má být měřena. A před výrobou dynamometru je lepší provést výpočet. Vlastníma rukama si můžete vyrobit jak výkonné zařízení, tak i malé, ale citlivější. A existuje mnoho možností designu.
Například je snadné vyrobit si dynamometr vlastníma rukama z gumy. V ničem se neliší od klasické „školy“. Jediný rozdíl je v tom, že místo pružiny je použita dostupnější gumička např. ze spodního rybářského prutu nebo modelu letadla.
S trochou fantazie se obyčejná jednorázová injekční stříkačka promění v přístroj na měření síly. Zařízení je znázorněno na obrázku, jediné, na co je třeba se zaměřit, je píst injekční stříkačky, který je nutné otočit (nebo naříznout ostrým nožem), aby se bez námahy pohyboval uvnitř těla injekční stříkačky.
Pokud chcete, můžete si dynamometr vyrobit vlastníma rukama z pera, obyčejného kuličkového pera s pružinou.
Tyč je nutné očistit od inkoustu, odbrousit hrot psací kuličky a vložit dovnitř obyčejnou kancelářskou sponku.
Dynamometr na piezoelektrických prvcích
Prefabrikované dynamometry jsou v poslední době nejčastěji vyráběny s použitím piezoelektrických prvků. Piezoelektrický prvek - krystal, na koncíchu kterého se při mechanickém stlačení objeví rozdíl potenciálů (napětí). Navíc velikost tohoto potenciálního rozdílu závisí na stupni komprese.
Dynamometry tohoto typu se vyznačují absencí zdvihu tyče (stačí stisknout citlivý prvek), extrémní přesností a obrovským rozsahem měření. Piezo prvky se používají k výrobě jak citlivých zařízení pro přesné měření malých sil, tak dynamometrů, které měří tažné síly traktorů.
