El peso se mide con balanza, la distancia con regla, la presión con manómetro, etc. ¿Se ha inventado algún aparato que mida la fuerza? Tal herramienta ciertamente existe. Se llama dinamómetro. Con sus propias manos en casa, por cierto, es fácil hacer un dispositivo simple pero bastante eficiente para medir la fuerza, su propio dinamómetro exclusivo.
Masa, fuerza, peso
En las conversaciones, a menudo confundimos conceptos como masa y peso. ¿Cuál es la diferencia entre ellos? Pequeño ejemplo. Tenemos una pesa rusa de gimnasia que pesa 32 kg. Esto es lo que mostrarán nuestras balanzas domésticas, si les ponemos este producto de hierro. Pasemos mentalmente a la superficie de la luna. Las lecturas de la balanza que llevaremos con nosotros cambiarán y serán solo 5 kg 120 g, pero en el planeta más grande de nuestro sistema, Júpiter, con la mayor gravedad, la balanza mostrará todos los 84,5 kg. ¿Ha cambiado la masa de la pesa rusa? Nº
¿Cómo puede ser esto? Coloquemos un peso en el espacio exterior, donde en un estado de ingravidez la balanza mostrará cero en absoluto. ¿Se ha ido el peso? Para asegurarnos de que esto no sea así, vale la pena dispersar nuestro aparato de gimnasia a una velocidad decente y dirigirlo a uno u otro objetivo. Si se repite el mismo experimento en la Luna, la Tierra, Júpiter, siempre que la velocidaden el momento de la colisión con un obstáculo será el mismo, la destrucción será idéntica.
La masa de la pesa rusa en todos los ejemplos sigue siendo de 32 kg. ¿Qué está cambiando? La fuerza con la que el peso presiona sobre la plataforma de la balanza. Y para medirla, esta fuerza, llamada "peso", es correcta no en kilogramos, sino en newtons.
Una fuerza de un newton es igual al peso de una carga de 102 gramos sobre la superficie del planeta Tierra.
Entonces, habiendo hecho un dinamómetro con nuestras propias manos, podremos medir una cantidad física tan importante como la fuerza.
Principio general del diseño de dinamómetros
La gravedad rara vez se usa para medir la fuerza. Esto no solo es inconveniente (un peso o contrapeso solo puede funcionar verticalmente), sino que tampoco es del todo exacto. El hecho es que nuestra Tierra no es exactamente una esfera. Es un elipsoide, ligeramente achatado en los polos. Por lo tanto, la distancia en el ecuador al centro del planeta es mayor que en el polo, además, en el ecuador, cualquier cuerpo se ve afectado por la fuerza centrífuga, lo que reduce ligeramente su peso, por lo que para garantizar perder peso (aunque no mucho, solo en un 0,5 %), solo tienes que ir del polo al ecuador.
Por lo tanto, para medir la fuerza, los dispositivos en elementos elásticos se utilizan con mayor frecuencia. Y a veces es necesario medir una fuerza que es simplemente enorme, por ejemplo, el empuje del motor de un cohete transportador espacial. Uno solo puede imaginar cómo debería ser un dinamómetro de este tipo.
Difícilmente puedes hacer uno con tus propias manos. Pero el principio de funcionamiento de todos los "medidores de potencia" es el mismo: la fuerzadeforma el elemento elástico, el dispositivo fija el valor de esta deformación.
Dinamómetro estándar
En el trabajo de laboratorio de las lecciones de física de la escuela, se utilizó un dispositivo de resorte simple para medir la fuerza. Considere cómo hacer un dinamómetro con sus propias manos que no sea peor que uno escolar.
La base sobre la cual se ensambla todo el dispositivo es una tabla ordinaria de madera o una tira de policarbonato, plástico, hojalata, hay muchas opciones. Hay un resorte en la placa, un extremo del cual está rígidamente fijado, el otro está conectado al cuerpo a través del cual se transmite la fuerza. Como regla general, este es un gancho de acero. El grado de estiramiento del resorte es proporcional a la fuerza aplicada. La cantidad de deformación se refleja en la escala, que se aplica en newtons. Así es como funciona un dinamómetro. Con sus propias manos en casa, no es necesario hacerlo con un resorte, cualquier material elástico, por ejemplo, una banda elástica, funcionará bien.
Calibración
Para que el medidor de fuerza funcione, debe estar calibrado. Puedes usar la gravedad para hacer esto. Se sabe que una fuerza de un newton corresponde a un peso de 102 gramos. El dinamómetro se calibra con sus propias manos en la siguiente secuencia:
- el dinamómetro es vertical;
- mientras el resorte no está cargado, la posición del puntero corresponde a 0;
- dinamómetro se carga con un peso de 102 gramos, la marca es 1 newton;
- un peso de 204 gramos dará una posición de marca de 2 newtons, etc.
Como puede ver, configureEl dinamómetro de bricolaje es fácil.
Diferentes diseños de dinamómetros "caseros"
Es necesario decidir la carga a medir. Y es mejor hacer un cálculo antes de hacer un dinamómetro. Con sus propias manos, puede hacer un dispositivo potente y uno pequeño pero más sensible. Y hay muchas opciones de diseño.
Por ejemplo, es fácil hacer un dinamómetro con sus propias manos con caucho. No es diferente de la clásica "escuela". La única diferencia es que en lugar de un resorte, se usa una banda elástica más accesible, por ejemplo, de una caña de pescar de fondo o un modelo de avión.
Con un poco de imaginación, una jeringa desechable ordinaria se convierte en un dispositivo para medir la fuerza. El dispositivo se muestra en la figura, lo único en lo que debe enfocarse es en el émbolo de la jeringa, que debe girarse (o cortarse con un cuchillo afilado) para que se mueva dentro del cuerpo de la jeringa sin esfuerzo.
Si lo desea, puede hacer un dinamómetro con sus propias manos con un bolígrafo, un bolígrafo ordinario con un resorte.
La varilla debe limpiarse de tinta, lijar la punta de la bola de escritura e insertar un sujetapapeles normal dentro.
Dinamómetro sobre elementos piezoeléctricos
Los dinamómetros prefabricados en los últimos tiempos se fabrican con mayor frecuencia utilizando elementos piezoeléctricos. Elemento piezoeléctrico - cristal, en los extremosque, durante la compresión mecánica, aparece una diferencia de potencial (voltaje). Además, la magnitud de esta diferencia de potencial depende del grado de compresión.
Los dinamómetros de este tipo se distinguen por la ausencia de un golpe de varilla (solo necesita presionar el elemento sensible), una precisión extrema y un amplio rango de medición. Los elementos piezoeléctricos se utilizan para fabricar dispositivos sensibles para medir con precisión pequeñas fuerzas y dinamómetros, que miden las fuerzas de tracción de los tractores.
