המשקל נמדד עם מאזניים, מרחק עם סרגל, לחץ עם מנומטר וכו'. הומצא מכשיר שמודד כוח? כלי כזה בהחלט קיים. זה נקרא דינמומטר. במו ידיך בבית, אגב, קל ליצור מכשיר פשוט אך יעיל למדי למדידת כוח, דינמומטר בלעדי משלך.
מסה, כוח, משקל
בשיחות, לעתים קרובות אנו מבלבלים בין מושגים כמו מסה ומשקל. מה ההבדל ביניהם? דוגמה קטנה. יש לנו קטלבל התעמלות במשקל 32 ק"ג. כך יראו מאזניים הביתיים שלנו, אם נשים עליהם את מוצר הברזל הזה. בואו נעבור נפשית אל פני הירח. הקריאות של הקשקשים שניקח איתנו ישתנו ויעמדו על 5 ק"ג 120 גרם בלבד. אבל בכוכב הלכת הגדול ביותר במערכת שלנו, צדק, עם כוח המשיכה הגדול ביותר, הקשקשים יראו את כל 84.5 ק"ג. האם המסה של הקטלבלס השתנתה? לא.
איך זה יכול להיות? נניח משקל בחלל החיצון, שבו במצב של חוסר משקל המאזניים יראו אפס בכלל. המשקל נעלם? כדי לוודא שזה לא המצב, כדאי לפזר את מכשיר ההתעמלות שלנו במהירות הגונה ולכוון אותו למטרה כזו או אחרת. אם אותו ניסוי חוזר על הירח, כדור הארץ, צדק, בתנאי שהמהירותברגע ההתנגשות במכשול יהיה זהה, ההרס יהיה זהה.
מסה של הקטלבל בכל הדוגמאות נשארת 32 ק"ג. מה משתנה? הכוח שבו המשקל לוחץ על פלטפורמת המאזן. וכדי למדוד אותו, הכוח הזה, שנקרא "משקל", נכון לא בקילוגרמים, אלא בניוטון.
כוח של ניוטון אחד שווה למשקל של עומס של 102 גרם על פני כדור הארץ.
לכן, לאחר שהכנו דינמומטר במו ידינו, נוכל למדוד כמות פיזיקלית חשובה כל כך כמו כוח.
עקרון כללי של עיצוב דינמומטר
הכבידה משמשת לעתים רחוקות למדידת כוח. זה לא רק לא נוח (משקל או משקל נגד יכולים לעבוד רק אנכית), אלא גם לא לגמרי מדויק. העובדה היא שכדור הארץ שלנו אינו ממש כדור. זהו אליפסואיד, פחוס מעט בקטבים. לכן, המרחק בקו המשווה למרכז כוכב הלכת גדול יותר מאשר בקוטב, בנוסף, בקו המשווה, כל גוף מושפע מכוח צנטריפוגלי, אשר מקטין מעט את משקלו, כך על מנת להיות מובטח לירידה במשקל. (אם כי לא הרבה, ב-0.5% בלבד), אתה רק צריך לעבור מהקוטב לקו המשווה.
לכן, על מנת למדוד כוח, משתמשים לרוב במכשירים על אלמנטים אלסטיים. ולפעמים יש צורך למדוד כוח שהוא פשוט עצום, למשל, דחף המנוע של רקטה נושאת חלל. אפשר רק לדמיין איך דינמומטר כזה צריך להיות.
אתה בקושי יכול לעשות אחד במו ידיך. אבל עקרון הפעולה של כל "מוני הכוח" זהה: הכוחמעוות את האלמנט האלסטי, המכשיר מתקן את הערך של העיוות הזה.
דינמומטר סטנדרטי
בעבודת המעבדה של שיעורי הפיזיקה בבית הספר, נעשה שימוש במכשיר קפיצי פשוט למדידת כוח. שקול איך לעשות דינמומטר במו ידיך לא גרוע יותר מאשר בית ספר.
הבסיס שעליו מורכב המכשיר כולו הוא קרש עץ רגיל או פס של פוליקרבונט, פלסטיק, פח, יש הרבה אפשרויות. על הצלחת יש קפיץ, שקצהו האחד מקובע בצורה נוקשה, השני מחובר לגוף שדרכו מועבר הכוח. ככלל, זהו וו פלדה. מידת המתיחה של הקפיץ פרופורציונלית לכוח המופעל. כמות העיוות משתקפת בסולם, אשר מיושם בניוטון. כך עובד דינמומטר. במו ידיך בבית, אין צורך להכין אותו מקפיץ, כל חומר אלסטי, למשל, רצועה אלסטית, יעבוד מצוין.
Calibration
כדי שמד הכוח יעבוד, יש לכייל אותו. אתה יכול להשתמש בכוח המשיכה כדי לעשות זאת. ידוע שכוח של ניוטון אחד מתאים למשקל של 102 גרם. הדינמומטר מכויל במו ידיכם ברצף הבא:
- דינמומטר הוא אנכי;
- בזמן שהקפיץ אינו טעון, מיקום המצביע מתאים ל-0;
- דינמומטר טעון במשקל של 102 גרם, הסימן הוא 1 ניוטון;
- משקל של 204 גרם ייתן מיקום סימון של 2 ניוטון וכו'.
כפי שאתה יכול לראות, הגדרדינמומטר עשה זאת בעצמך קל.
עיצובים שונים של דינמומטרים "ביתיים"
יש צורך להחליט על העומס שיש למדוד. ועדיף לעשות חישוב לפני ביצוע דינמומטר. במו ידיך, אתה יכול לעשות גם מכשיר חזק וגם אחד קטן, אבל רגיש יותר. ויש הרבה אפשרויות עיצוב.
לדוגמה, קל ליצור דינמומטר במו ידיכם מגומי. זה לא שונה מה"בית ספר" הקלאסי. ההבדל היחיד הוא שבמקום קפיץ, משתמשים ברצועה אלסטית נגישה יותר, למשל, מחכה תחתית או מדגם מטוס.
עם קצת דמיון, מזרק חד פעמי רגיל הופך למכשיר למדידת חוזק. המכשיר מוצג באיור, הדבר היחיד שצריך להתמקד בו הוא בוכנת המזרק, אותה יש לסובב (או לחתוך בסכין חדה) כדי שינוע בתוך גוף המזרק ללא מאמץ.
אם תרצה, אתה יכול לעשות דינמומטר במו ידיך מעט, עט כדורי רגיל עם קפיץ.
יש לנקות את המוט מדיו, לטחון את קצה כדור הכתיבה ולהכניס פנימה מהדק נייר רגיל.
דינמומטר על אלמנטים פיזואלקטריים
דינמומטרים טרומיים בתקופה האחרונה מיוצרים לרוב באמצעות אלמנטים פיזואלקטריים. אלמנט פיזואלקטרי - קריסטל, בקצוותאשר, במהלך דחיסה מכנית, מופיע הפרש פוטנציאל (מתח). יתרה מכך, גודל הפרש הפוטנציאל הזה תלוי במידת הדחיסה.
דינמומטרים מסוג זה נבדלים על ידי היעדר מכת מוט (צריך רק ללחוץ על האלמנט הרגיש), דיוק רב וטווח מדידה עצום. אלמנטים של פייזו משמשים לייצור מכשירים רגישים למדידה מדויקת של כוחות קטנים, וגם דינמומטרים, המודדים את כוחות המשיכה של טרקטורים.
