Քաշը չափվում է կշեռքով, հեռավորությունը քանոնով, ճնշումը՝ մանոմետրով և այլն։ Ստեղծվե՞լ է ուժ չափող սարք։ Նման գործիք, իհարկե, գոյություն ունի: Այն կոչվում է դինամոմետր: Ձեր սեփական ձեռքերով տանը, ի դեպ, հեշտ է պատրաստել ուժի չափման պարզ, բայց բավականին արդյունավետ սարք, ձեր սեփական բացառիկ դինամոմետրը։
Զանգված, ուժ, քաշ
Զրույցներում մենք հաճախ շփոթում ենք այնպիսի հասկացություններ, ինչպիսիք են զանգվածը և քաշը: Ո՞րն է նրանց միջև տարբերությունը: Փոքր օրինակ. Մենք ունենք մարմնամարզական թեյլբել 32 կգ քաշով։ Ահա թե որքան ցույց կտա մեր կենցաղային կշեռքները, եթե դրանց վրա դնենք այս երկաթյա արտադրանքը։ Եկեք մտովի շարժվենք դեպի լուսնի մակերես։ Կշեռքի ցուցանիշները, որոնք մենք կվերցնենք մեզ հետ, կփոխվեն և կկազմեն ընդամենը 5 կգ 120 գ: Բայց մեր համակարգի ամենամեծ մոլորակի վրա՝ Յուպիտերի վրա, որն ունի ամենամեծ ձգողականությունը, կշեռքը ցույց կտա բոլոր 84,5 կգ: Փոփոխվե՞լ է թեյնիկի զանգվածը։ Ոչ.
Ինչպե՞ս կարող է դա լինել: Եկեք մի կշիռ դնենք արտաքին տարածության մեջ, որտեղ անկշռության վիճակում կշեռքը ընդհանրապես զրո ցույց կտա։ Քաշը կորե՞լ է: Համոզվելու համար, որ դա այդպես չէ, արժե մեր մարմնամարզական ապարատը ցրել պատշաճ արագությամբ և ուղղել այն այս կամ այն թիրախին։ Եթե նույն փորձը կրկնվի Լուսնի, Երկրի, Յուպիտերի վրա՝ պայմանով, որ արագությունըխոչընդոտի հետ բախման պահին նույնը կլինի, ոչնչացումը կլինի նույնը։
Քեթլբելի զանգվածը բոլոր օրինակներում մնում է 32 կգ։ Ի՞նչ է փոխվում։ Այն ուժը, որով քաշը ճնշում է հավասարակշռության հարթակի վրա: Եվ չափելու համար այս ուժը, որը կոչվում է «քաշ», ճիշտ է ոչ թե կիլոգրամներով, այլ նյուտոններով։
Մեկ նյուտոնի ուժը հավասար է Երկիր մոլորակի մակերևույթի վրա 102 գրամ բեռի քաշին։
Այսպիսով, մեր իսկ ձեռքերով դինամոմետր պատրաստելով, մենք կկարողանանք չափել այնպիսի կարևոր ֆիզիկական մեծություն, ինչպիսին ուժն է։
Դինամոմետրի նախագծման ընդհանուր սկզբունք
Ձգողականությունը հազվադեպ է օգտագործվում ուժը չափելու համար: Սա ոչ միայն անհարմար է (քաշը կամ հակակշիռը կարող է աշխատել միայն ուղղահայաց), այլև ամբողջովին ճշգրիտ չէ: Փաստն այն է, որ մեր Երկիրը այնքան էլ գնդիկ չէ: Էլիպսոիդ է՝ բևեռներում մի փոքր հարթեցված։ Հետևաբար, հասարակածից մինչև մոլորակի կենտրոն հեռավորությունը ավելի մեծ է, քան բևեռում, բացի այդ, հասարակածի վրա ցանկացած մարմնի վրա ազդում է կենտրոնախույս ուժը, որը մի փոքր նվազեցնում է նրա քաշը, հետևաբար, որպեսզի երաշխավորվի նիհարել (թեև ոչ շատ, միայն 0,5%-ով), պարզապես անհրաժեշտ է բևեռից գնալ հասարակած:
Հետևաբար, ուժը չափելու համար առավել հաճախ օգտագործվում են առաձգական տարրերի վրա գտնվող սարքեր: Եվ երբեմն անհրաժեշտ է չափել մի ուժ, որը պարզապես հսկայական է, օրինակ, տիեզերական կրիչի հրթիռի շարժիչի մղումը: Կարելի է միայն պատկերացնել, թե ինչպիսին պետք է լինի նման դինամոմետրը։
Դժվար թե կարողանաս սեփական ձեռքերով պատրաստել: Բայց բոլոր «էլեկտրաչափերի» գործողության սկզբունքը նույնն է՝ ուժըդեֆորմացնում է առաձգական տարրը, սարքը ֆիքսում է այս դեֆորմացիայի արժեքը։
Ստանդարտ դինամոմետր
Դպրոցական ֆիզիկայի դասաժամերի լաբորատոր աշխատանքում ուժ չափելու համար օգտագործվել է պարզ զսպանակավոր սարք։ Մտածեք, թե ինչպես կարելի է սեփական ձեռքերով դինամոմետր պատրաստել ոչ ավելի վատ, քան դպրոցականը:
Հիմքը, որի վրա հավաքվում է ամբողջ սարքը, սովորական փայտի տախտակն է կամ պոլիկարբոնատից, պլաստմասսայից, թիթեղից պատրաստված շերտը, տարբերակները շատ են: Թիթեղի վրա զսպանակ կա, որի մի ծայրը կոշտ ամրացված է, մյուսը միացված է մարմնին, որով ուժը փոխանցվում է։ Որպես կանոն, սա պողպատե կեռիկ է: Զսպանակի ձգման աստիճանը համաչափ է կիրառվող ուժին։ Դեֆորմացիայի քանակն արտացոլվում է սանդղակի վրա, որը կիրառվում է նյուտոններում։ Այսպես է աշխատում դինամոմետրը. Տանը սեփական ձեռքերով պետք չէ զսպանակից պատրաստել, ցանկացած առաձգական նյութ, օրինակ՝ առաձգական ժապավենը, լավ կաշխատի։
Calibration
Որպեսզի ուժաչափը աշխատի, այն պետք է տրամաչափված լինի: Դա անելու համար կարող եք օգտագործել գրավիտացիան: Հայտնի է, որ մեկ նյուտոնի ուժը համապատասխանում է 102 գրամ քաշին։ Դինամոմետրը չափագրվում է ձեր սեփական ձեռքերով հետևյալ հաջորդականությամբ՝
- դինամոմետրը ուղղահայաց է;
- մինչ զսպանակը բեռնված չէ, ցուցիչի դիրքը համապատասխանում է 0;
- դինամոմետրը բեռնված է 102 գրամ քաշով, նշանը՝ 1 նյուտոն;
- 204 գրամ քաշը կնշանակի 2 նյուտոն և այլն:
Ինչպես տեսնում եք, կարգավորեքDIY դինամոմետրը հեշտ է:
«Տնային» դինամոմետրերի տարբեր դիզայն
Անհրաժեշտ է որոշել չափվող բեռը։ Իսկ դինամոմետր անելուց առաջ ավելի լավ է հաշվարկ անել։ Ձեր սեփական ձեռքերով դուք կարող եք պատրաստել ինչպես հզոր սարք, այնպես էլ փոքր, բայց ավելի զգայուն: Եվ կան բազմաթիվ դիզայնի տարբերակներ:
Օրինակ՝ ռետինից հեշտ է սեփական ձեռքերով դինամոմետր պատրաստել։ Դասական «դպրոցից» ոչնչով չի տարբերվում։ Միակ տարբերությունն այն է, որ զսպանակի փոխարեն օգտագործվում է ավելի հասանելի առաձգական ժապավեն, օրինակ՝ ներքևի ձկնորսական գավազանից կամ ինքնաթիռի մոդելից։
Մի փոքր երևակայությամբ սովորական միանգամյա ներարկիչը վերածվում է ուժը չափող սարքի։ Սարքը ցույց է տրված նկարում, միակ բանը, որի վրա պետք է կենտրոնանալ, ներարկիչի մխոցն է, որը պետք է շրջել (կամ կտրել սուր դանակով), որպեսզի այն շարժվի ներարկիչի մարմնի ներսում առանց ջանքերի։
Ցանկության դեպքում գրիչից կարող եք ձեր ձեռքերով դինամոմետր պատրաստել, սովորական գնդիկավոր գրիչ՝ զսպանակով։
Ձողը պետք է մաքրել թանաքով, մանրացնել գրելու գնդիկի ծայրը և ներսում տեղադրել սովորական թղթի սեղմիչ:
Դինամոմետր պիեզոէլեկտրական տարրերի վրա
Վերջին ժամանակներում հավաքովի դինամոմետրերը ամենից հաճախ պատրաստվում են պիեզոէլեկտրական տարրերով: Պիեզոէլեկտրական տարր՝ բյուրեղյա, ծայրերումորը մեխանիկական սեղմման ժամանակ առաջանում է պոտենցիալ տարբերություն (լարման)։ Ավելին, այս պոտենցիալ տարբերության մեծությունը կախված է սեղմման աստիճանից։
Այս տեսակի դինամոմետրերն առանձնանում են ձողի հարվածի բացակայությամբ (պարզապես պետք է սեղմել զգայուն տարրը), ծայրահեղ ճշգրտությամբ և չափման հսկայական տիրույթով: Պիեզո տարրերն օգտագործվում են ինչպես փոքր ուժերի ճշգրիտ չափման զգայուն սարքերի, այնպես էլ տրակտորների ձգողական ուժերը չափող դինամոմետրերի պատրաստման համար։
