Περιεχόμενο
Οι κλίμακες και οι ισορροπίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παρόμοια πράγματα, αλλά η κατανόηση των διαφορών στον τρόπο με τον οποίο παράγουν τα βάρη τους, σας λέει για τις διαφορετικές χρήσεις τους. Πολλοί άνθρωποι χρησιμοποιούν τις λέξεις "κλίμακα" και "ισορροπία" για να σημαίνουν τα ίδια ή παρόμοια πράγματα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σύγχυση στον προσδιορισμό του ακριβούς μέτρου με εργαστηριακές τεχνικές που χρησιμοποιούν κλίμακες και ισορροπίες.
Τι κάνουν οι κλίμακες
Οι ζυγοί χρησιμοποιούνται γενικά κατά τη μέτρηση του βάρους. Μετρούν τη δύναμη που ασκεί σε μια μάζα και χρησιμοποιούν τον τύπο για το βάρος ενός αντικειμένου στη Γη για να καθορίσουν το βάρος του. Οι τύποι κλίμακας ζύγισης μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους. Οι σύγχρονοι ζυγοί μερικές φορές χρησιμοποιούν σύνολα ελατηρίων που είναι διατεταγμένα μεταξύ τους, έτσι ώστε η κλίμακα να μετρά πόσο το ελατήριο συμπιέζει για να καθορίσει το βάρος.
Άλλες ζυγαριές χρησιμοποιούν κυψελίδες φορτίου τάσης. Αυτές είναι συσκευές που, όταν ασκείται δύναμη πάνω τους, συμπιέζονται ελαφρώς έτσι ώστε να μπορεί να μετρηθεί μια ηλεκτρική αντίσταση στο μετρητή τάσης, συσκευές που μετρούν το ηλεκτρικό ρεύμα μέσω της κυψελίδας φορτίου. Η αντίσταση σε αυτό το ηλεκτρικό κύκλωμα συσχετίζεται με το βάρος που τοποθετείται στην κλίμακα έτσι ώστε η μεταβολή αυτής της αντίστασης να μπορεί να μετρηθεί και να μετατραπεί σε βάρος.
Οι κλίμακες χρησιμοποιούνται γενικά σε εφαρμογές όπου δεν χρειάζεστε τόσο μεγάλη ακρίβεια και πολυπλοκότητα ισορροπίας. Αυτό σημαίνει ότι θα δείτε τη χρήση όταν βγαίνετε σε μια κλίμακα ζύγισης στο γυμναστήριο ή στο σπίτι σας, καθώς και περιοχές ζύγισης συστατικών τροφίμων. Άλλοι τύποι κλίμακας ζύγισης περιλαμβάνουν μηχανικούς ζυγούς που μετρούν τη μάζα απλά με το πόσο μια βελόνα στρέφεται λόγω βάρους ή ψηφιακών ζυγών που χρησιμοποιούν ένα περιτύπωμα φορτίου τάσης όπως περιγράφηκε.
Τι κάνει η ισορροπία
Οι ισορροπίες, από την άλλη πλευρά, σας λένε τη μάζα όσων τοποθετείτε στην πλατφόρμα της ισορροπίας. Υπολογίζουν αυτό με βάση το βάρος που τοποθετείται στην πλατφόρμα του υπολοίπου χρησιμοποιώντας τις ίδιες αρχές που χρησιμοποιούν οι κλίμακες. Αλλά τα υπόλοιπα ειδικότερα κατασκευάζονται γενικά χρησιμοποιώντας ένα μηχανισμό αποκατάστασης δυνάμεων που αντιτίθεται στη δύναμη του βάρους του υλικού στην ισορροπία. Αυτή η δύναμη αποκατάστασης είναι αυτό που αναγκάζει το αντικείμενο να επιστρέψει στην ισορροπία με καθαρή δύναμη μηδενική.
Σε αντίθεση με τις κλίμακες, οι ισορροπίες είναι πιο περίπλοκες και συνήθως παρατηρούνται συχνότερα σε εργαστήρια, ερευνητικά κέντρα πανεπιστημίων, ιατρικές εγκαταστάσεις και παρόμοια ερευνητικά περιβάλλοντα. Μπορούν γενικά να είναι ακριβέστερες από τις κλίμακες επίσης.
Διαφορετικοί τύποι ζυγίσματος μπορεί να περιλαμβάνουν μικροβαρές που ζυγίζουν δείγματα μάζας σε κλάσματα ενός γραμμαρίου, αναλυτικές ισορροπίες, οι οποίες επίσης μετράνε τις ελάχιστες αλλαγές στο βάρος και τα ζυγοστάθματα ακρίβειας, τα οποία έχουν μεγαλύτερο εύρος βαρών από τα αναλυτικά ισοζύγια, αλλά λιγότερη ακρίβεια. Τα ζυγοστάθματα ακριβείας μπορούν να μετρήσουν τη μάζα σε γραμμάρια με ακρίβεια έως δύο ή τριών δεκαδικών ψηφίων. Τα αναλυτικά ισοζύγια μπορούν να επιτύχουν μεγαλύτερη ακρίβεια, έως τέσσερα δεκαδικά ψηφία και οι μικροαποδόσεις μπορούν να σας δείξουν μάζα σε γραμμάρια έως και έξι δεκαδικά ψηφία.
Παρά τις διαφορές μεταξύ ζυγών και ισορροπιών, οι όροι "κλίμακες" και "ισορροπία" εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σχετικά εναλλακτικά (όπως δίνεται από τον όρο "ισορροπία κλίμακας"), ακόμη και μεταξύ των επιστημόνων. οι ισορροπίες χρήσης μπορούν επίσης να μετρήσουν το βάρος. Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών με περισσότερες λεπτομέρειες μπορεί να σας βοηθήσει να διακρίνετε τη διαφορά όταν είναι απαραίτητο.
Βάρος σε Ζυγαριές και Ζυγοί
Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται κλίμακες ή ισορροπία, το κοινό τους απεικονίζουν δύο μάζες που συνδέονται μεταξύ τους σε έναν άξονα που ζυγίζει το ένα έναντι του άλλου. Αυτή η πρωτόγονη μορφή καθορισμού της μάζας ή του βάρους που έχει με τον άνθρωπο εδώ και αιώνες δείχνει τη φυσική της βαρυτικής δύναμης που χρησιμοποιούν πολλές κλίμακες και ισορροπίες για τον προσδιορισμό του βάρους ή της μάζας αντίστοιχα.
Οι κλίμακες και οι ισορροπίες μπορούν να μετρήσουν το βάρος και τη μάζα αντίστοιχα, αλλά βασίζονται στις ίδιες φυσικές αρχές που διέπουν τις βαρυτικές δυνάμεις στα αντικείμενα. Χρησιμοποιώντας τον δεύτερο νόμο του Newton, μπορείτε να μετρήσετε τη δύναμη ενός αντικειμένου φά ως προϊόν της μάζας του Μ φορές την επιτάχυνση ένα χρησιμοποιώντας F = ma. Επειδή η δύναμη ενός αντικειμένου βάρος W το τράβηγμα προς τη Γη είναι αυτή η δύναμη που χρησιμοποιεί μια επιτάχυνση του σολ, βαρυτική επιτάχυνση, μπορείτε να ξαναγράψετε την εξίσωση ως W = mg για τη μάζα Μ του αντικειμένου.
Σε πραγματικές εφαρμογές, οι κλίμακες και οι ισορροπίες θα πρέπει να βαθμονομηθούν με βάση τη θέση στην οποία χρησιμοποιούνται, επειδή η επιτάχυνση της βαρύτητας μπορεί να κυμαίνεται έως και 0,5% σε διάφορα μέρη της Γης. Μετά τη βαθμονόμηση της κλίμακας ή της ισορροπίας, η μετατροπή μεταξύ βάρους και μάζας είναι απλή για το επιστημονικό όργανο.
Κλίμακα άνοιξη
Οι ζυγοί και οι ισορροπίες μπορούν να αθροίσουν αυτή τη δύναμη παράλληλα με άλλες δυνάμεις όπως η μεταβολή του μήκους ενός ελατηρίου σε απόκριση ενός βάρους που τοποθετείται στην επιφάνεια των οργάνων. Αυτά τα ελατήρια επεκτείνονται και συμπιέζονται σύμφωνα με Αγώνες νόμου, που σας λέει ότι η δύναμη που ασκείται σε ένα ελατήριο, όπως το βάρος ενός αντικειμένου, συσχετίζεται άμεσα με την απόσταση που κινείται το ελατήριο ως αποτέλεσμα αυτού.
Σε παρόμοια μορφή με τον δεύτερο νόμο Newton, αυτός ο νόμος είναι F = kx για μια εφαρμοζόμενη δύναμη φά, η ακαμψία της πηγής κ και την απόσταση που μετακινείται ως αποτέλεσμα του ελατηρίου Χ.
Η κλίμακα άνοιξη μπορεί να είναι τόσο ευαίσθητη και ακριβής για τη μέτρηση των μαζών σε κλάσματα των κιλών. Όταν μπαίνετε σε κλίμακα μπάνιου, τα ελατήρια μέσα σε αυτό συμπιέζουν έτσι ώστε η βελόνα ή ο επιλογέας να περιστρέφεται μέχρι να εμφανιστεί το βάρος σας. Οι κλίμακες άνοιξης μπορούν, δυστυχώς, να υποχωρήσουν καθώς η πηγή χρησιμοποιείται καθημερινά για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό αναγκάζει την άνοιξη να χάσει την ικανότητά της και να επεκταθεί και να συσσωρευτεί φυσικά. Για το λόγο αυτό, πρέπει να βαθμονομηθούν κατάλληλα και συνεχώς για να αποφευχθεί αυτό.
Εκτός από το νόμο Hookes, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Μικρό συντελεστή (ή ελαστικό μέτρο) για να καθορίσετε πόσο μια συμβολοσειρά θα συμπιεστεί όταν ασκείτε βάρος πάνω σε αυτήν. Ορίζεται ως η αναλογία της τάσης προς την καταπόνηση, που δίνεται από το Ε = ε / σ Για συντελεστή Youngs μι, άγχος ϵ ("epsilon") και το στέλεχος σ ("σίγμα").
Για αυτή την εξίσωση, η τάση δίνεται ως δύναμη ανά μονάδα επιφανείας και η καταπόνηση είναι η μεταβολή του μήκους διαιρούμενη με το αρχικό μήκος. Το μέτρο Youngs μετρά την αντίσταση ενός υλικού στο να παραμορφωθεί και τα πιο σκληρά υλικά έχουν μεγαλύτερα μοτίβα Youngs.
Ο μέσος όρος των νέων έχει τότε μονάδες δύναμης ανά περιοχή, όπως και η πίεση. Μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να πολλαπλασιάσετε το συντελεστή Youngs από την περιοχή επιφάνειας του ελατηρίου που δέχεται το βάρος του αντικειμένου για να αποκτήσετε τη δύναμη που ασκείται στο ελατήριο. Αυτή είναι η ίδια δύναμη φά στο νόμο Hookes.
Έλεγχος τάσης
Οι μετρητές τάσης που χρησιμοποιούνται σε ζυγούς μετρούν την αλλαγή στην ηλεκτρική αντίσταση παρουσία του βάρους στην κλίμακα. Ο ίδιος ο μετρητής τάσης είναι ένα μέταλλο που περιβάλλει ένα λεπτό σύρμα ή φύλλο που είναι διατεταγμένο σε ένα πλέγμα μοτίβο ενός ηλεκτρικού κυκλώματος έτσι ώστε, όταν βιώνει δύναμη προς μία κατεύθυνση, η αντίσταση του αλλάζει ακόμη και με μια ακριβή, μικρή ποσότητα αναλογία προς το βάρος.
Όταν το βάρος καθιστά τα μέρη του σύρματος ή του φύλλου πιο τεταμένα και συμπιεσμένα, η αντίσταση του ηλεκτρικού κυκλώματος αυξάνεται και ο μετρητής τάσης γίνεται παχύτερος και μικρότερος ως απόκριση σε αυτό. ένα ρεύμα μέσω του κυκλώματος, οι κλίμακες υπολογίζουν πώς αλλάζει αυτή η αντίσταση λόγω του βάρους για τον προσδιορισμό του βάρους που ασκείται επ 'αυτών. Η μεταβολή της αντίστασης είναι συνήθως πολύ λεπτή και γύρω στο 0,12 Ω, αλλά αυτό δίνει στους μετρητές στέλεχος ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια στον προσδιορισμό του βάρους.