Il peso si misura con la bilancia, la distanza con un righello, la pressione con un manometro, ecc. È stato inventato un dispositivo che misura la forza? Uno strumento del genere esiste sicuramente. Si chiama dinamometro. Con le tue mani a casa, tra l' altro, è facile realizzare un dispositivo semplice ma abbastanza efficiente per misurare la forza, il tuo dinamometro esclusivo.
Massa, forza, peso
Nelle conversazioni, spesso confondiamo concetti come massa e peso. Qual'è la differenza tra loro? Piccolo esempio. Abbiamo un kettlebell da ginnastica del peso di 32 kg. Questo è quanto mostreranno le nostre bilance domestiche, se ci mettiamo sopra questo prodotto di ferro. Spostiamoci mentalmente sulla superficie della luna. Le letture della bilancia che porteremo con noi cambieranno e saranno solo 5 kg 120 g, ma sul pianeta più grande del nostro sistema, Giove, con la gravità maggiore, la bilancia mostrerà tutti 84,5 kg. La massa del kettlebell è cambiata? No.
Come può essere? Mettiamo un peso nello spazio esterno, dove in uno stato di assenza di peso la bilancia mostrerà zero. Il peso è andato? Per assicurarci che non sia così, vale la pena disperdere il nostro attrezzo ginnico a una velocità decente e dirigerlo verso l'uno o l' altro bersaglio. Se lo stesso esperimento si ripete sulla Luna, sulla Terra, su Giove, a patto che la velocitàal momento della collisione con un ostacolo sarà la stessa, la distruzione sarà identica.
La massa del kettlebell in tutti gli esempi rimane di 32 kg. Cosa sta cambiando? La forza con cui il peso preme sulla piattaforma della bilancia. E per misurarla, questa forza, chiamata "peso", è corretta non in chilogrammi, ma in newton.
Una forza di un newton è uguale al peso di un carico di 102 grammi sulla superficie del pianeta Terra.
Quindi, avendo realizzato un dinamometro con le nostre mani, saremo in grado di misurare una grandezza fisica così importante come la forza.
Principio generale di progettazione del dinamometro
La gravità è usata raramente per misurare la forza. Questo non è solo scomodo (un peso o contrappeso può funzionare solo in verticale), ma anche non del tutto preciso. Il fatto è che la nostra Terra non è proprio una sfera. È un ellissoide, leggermente appiattito ai poli. Pertanto, la distanza all'equatore dal centro del pianeta è maggiore che al polo, inoltre, all'equatore, qualsiasi corpo risente della forza centrifuga, che ne riduce leggermente il peso, quindi per essere sicuri di dimagrire (anche se non molto, solo dello 0,5%), devi solo andare dal polo all'equatore.
Pertanto, per misurare la forza, vengono spesso utilizzati dispositivi su elementi elastici. E a volte è necessario misurare una forza semplicemente enorme, ad esempio la spinta del motore di un razzo spaziale. Si può solo immaginare come dovrebbe essere un tale dinamometro.
Difficilmente puoi crearne uno con le tue mani. Ma il principio di funzionamento di tutti i "contatori di potenza" è lo stesso: la forzadeforma l'elemento elastico, il dispositivo fissa il valore di questa deformazione.
Dinamometro standard
Nel lavoro di laboratorio delle lezioni scolastiche di fisica, è stato utilizzato un semplice dispositivo a molla per misurare la forza. Considera come realizzare un dinamometro con le tue mani non peggiore di quello scolastico.
La base su cui è assemblato l'intero dispositivo è una normale tavola di legno o una striscia di policarbonato, plastica, latta, ci sono molte opzioni. C'è una molla sulla piastra, un'estremità della quale è fissata rigidamente, l' altra è collegata al corpo attraverso il quale viene trasmessa la forza. Di norma, questo è un gancio d'acciaio. Il grado di allungamento della molla è proporzionale alla forza applicata. La quantità di deformazione si riflette sulla scala, che viene applicata in newton. Ecco come funziona un dinamometro. Con le tue mani a casa, non è necessario farlo da una molla, qualsiasi materiale elastico, ad esempio un elastico, funzionerà bene.
Calibrazione
Affinché il dinamometro funzioni, deve essere calibrato. Puoi usare la gravità per farlo. È noto che una forza di un newton corrisponde a un peso di 102 grammi. Il dinamometro viene calibrato con le tue mani nella seguente sequenza:
- il dinamometro è verticale;
- mentre la molla non è carica, la posizione della lancetta corrisponde a 0;
- Il dinamometro è caricato con un peso di 102 grammi, il segno è 1 newton;
- un peso di 204 grammi darà una posizione del segno di 2 newton, ecc.
Come puoi vedere, configuraIl dinamometro fai-da-te è facile.
Diversi modelli di dinamometri "domestici"
È necessario decidere il carico da misurare. Ed è meglio fare un calcolo prima di fare un dinamometro. Con le tue mani, puoi creare sia un dispositivo potente che uno piccolo, ma più sensibile. E ci sono molte opzioni di design.
Ad esempio, è facile realizzare un dinamometro con le tue mani di gomma. Non è diverso dalla classica "scuola". L'unica differenza è che invece di una molla, viene utilizzato un elastico più accessibile, ad esempio da una canna da pesca di fondo o da un aeromodello.
Con un po' di immaginazione, una normale siringa usa e getta si trasforma in un dispositivo per misurare la forza. Il dispositivo è mostrato in figura, l'unica cosa su cui concentrarsi è lo stantuffo della siringa, che deve essere girato (o tagliato con un coltello affilato) in modo che si muova all'interno del corpo della siringa senza sforzo.
Se lo desideri, puoi realizzare un dinamometro con le tue mani da una penna, una normale penna a sfera con molla.
L'asta deve essere pulita dall'inchiostro, smerigliare la punta della pallina e inserire una normale graffetta all'interno.
Dinamometro su elementi piezoelettrici
I dinamometri prefabbricati negli ultimi tempi sono spesso realizzati utilizzando elementi piezoelettrici. Elemento piezoelettrico - cristallo, alle estremitàche, durante la compressione meccanica, compare una differenza di potenziale (tensione). Inoltre, l'entità di questa differenza di potenziale dipende dal grado di compressione.
I dinamometri di questo tipo si distinguono per l'assenza di corsa dell'asta (basta premere l'elemento sensibile), l'estrema precisione e un ampio campo di misura. Gli elementi piezoelettrici sono usati per realizzare sia dispositivi sensibili per misurare con precisione piccole forze, sia dinamometri, che misurano le forze di trazione dei trattori.
