وزن با ترازو، فاصله با خط کش، فشار با مانومتر و … اندازه گیری می شود، آیا دستگاهی اختراع شده است که نیرو را اندازه گیری کند؟ چنین ابزاری قطعا وجود دارد. به آن دینامومتر می گویند. به هر حال، با دستان خود در خانه، ساختن یک دستگاه ساده اما کاملاً کارآمد برای اندازه گیری نیرو، دینامومتر انحصاری خود، آسان است.
جرم، نیرو، وزن
در گفتگوها، ما اغلب مفاهیمی مانند جرم و وزن را با هم اشتباه می گیریم. چه تفاوتی بین آنها وجود دارد؟ نمونه کوچک. ما یک کتل بل ژیمناستیک به وزن 32 کیلوگرم داریم. اگر این محصول آهنی را روی آنها بگذاریم، ترازوهای خانگی ما چقدر نشان می دهد. بیایید ذهنی به سطح ماه حرکت کنیم. خوانش ترازوهایی که با خود خواهیم برد تغییر خواهد کرد و تنها 5 کیلوگرم و 120 گرم خواهد بود.اما در بزرگترین سیاره منظومه ما، مشتری، با بیشترین گرانش، ترازو تمام 84.5 کیلوگرم را نشان می دهد. آیا جرم کتل بل تغییر کرده است؟ نه.
چطور می تواند باشد؟ بیایید وزنه ای را در فضای بیرونی قرار دهیم، جایی که در حالت بی وزنی ترازو اصلاً صفر را نشان می دهد. آیا وزن از بین رفته است؟ برای اطمینان از این که اینطور نیست، ارزش دارد که دستگاه ژیمناستیک خود را با سرعت مناسبی پراکنده کنیم و آن را به سمت هدف دیگری هدایت کنیم. اگر همین آزمایش روی ماه، زمین، مشتری تکرار شود، مشروط بر اینکه سرعتدر لحظه برخورد با مانع یکسان خواهد بود، تخریب یکسان خواهد بود.
جرم کتل بل در همه نمونه ها 32 کیلوگرم باقی می ماند. چه چیزی در حال تغییر است؟ نیرویی که وزنه بر روی سکوی ترازو فشار می آورد. و برای اندازه گیری آن، این نیرو که «وزن» نامیده می شود، نه بر حسب کیلوگرم، بلکه برحسب نیوتن صحیح است.
نیروی یک نیوتن برابر است با وزن باری 102 گرمی روی سطح سیاره زمین.
بنابراین، با ساختن دینامومتر با دست خود، قادر خواهیم بود مقدار فیزیکی مهمی مانند نیرو را اندازه گیری کنیم.
اصل کلی طراحی دینامومتر
جاذبه به ندرت برای اندازه گیری نیرو استفاده می شود. این نه تنها ناخوشایند است (یک وزنه یا وزنه تعادل فقط می تواند به صورت عمودی کار کند)، بلکه کاملاً دقیق نیست. واقعیت این است که زمین ما کاملاً یک کره نیست. این یک بیضوی است که در قطب ها کمی مسطح شده است. بنابراین، فاصله در استوا تا مرکز سیاره بیشتر از قطب است، علاوه بر این، در استوا، هر جسمی تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز قرار می گیرد که وزن آن را اندکی کاهش می دهد، بنابراین به منظور تضمین کاهش وزن. (البته نه زیاد، فقط با 0.5٪)، فقط باید از قطب به استوا بروید.
بنابراین، برای اندازه‌گیری نیرو، اغلب از دستگاه‌های روی عناصر الاستیک استفاده می‌شود. و گاهی اوقات لازم است نیرویی که به سادگی بسیار زیاد است اندازه گیری شود، به عنوان مثال، نیروی رانش موتور یک موشک حامل فضایی. فقط می توان تصور کرد که چنین دینامومتری باید چگونه باشد.
به سختی می توانید با دستان خود یکی بسازید. اما اصل کار برای همه "مترهای برق" یکسان است: نیروعنصر الاستیک را تغییر شکل می دهد، دستگاه مقدار این تغییر شکل را ثابت می کند.
دینامومتر استاندارد
در کار آزمایشگاهی دروس فیزیک مدرسه از یک فنر ساده برای اندازه گیری نیرو استفاده شد. در نظر بگیرید که چگونه با دستان خود یک دینامومتر درست کنید که بدتر از یک مدرسه نیست.
اساس مونتاژ کل دستگاه یک تخته معمولی از چوب یا یک نوار پلی کربنات، پلاستیک، قلع است، گزینه های زیادی وجود دارد. یک فنر روی صفحه وجود دارد که یک سر آن به طور سفت و محکم ثابت شده است، دیگری به بدنه ای متصل است که نیرو از طریق آن منتقل می شود. به عنوان یک قاعده، این یک قلاب فولادی است. میزان کشش فنر متناسب با نیروی وارده است. مقدار تغییر شکل بر روی مقیاس منعکس می شود که در نیوتن اعمال می شود. دینامومتر اینگونه عمل می کند. با دست خود در خانه، لازم نیست آن را از فنر درست کنید، هر ماده الاستیکی، به عنوان مثال، یک نوار الاستیک، به خوبی کار می کند.
کالیبراسیون
برای اینکه نیروسنج کار کند باید کالیبره شود. برای این کار می توانید از جاذبه استفاده کنید. مشخص است که نیروی یک نیوتن معادل 102 گرم وزن است. دینامومتر با دستان خود به ترتیب زیر کالیبره می شود:
- دینامومتر عمودی است؛
- در حالی که فنر بارگذاری نشده است، موقعیت نشانگر مطابق با 0 است؛
- دینامومتر با وزن 102 گرم بارگذاری شده است، علامت آن 1 نیوتن است؛
- وزن 204 گرمی موقعیت 2 نیوتن و غیره را نشان می دهد.
همانطور که می بینید، راه اندازی کنیددینامومتر DIY آسان است.
طرحهای مختلف دینامومترهای "خانه"
لازم است در مورد بار اندازه گیری تصمیم گیری شود. و بهتر است قبل از ساخت دینامومتر یک محاسبه انجام شود. با دستان خود می توانید هم یک دستگاه قدرتمند و هم یک دستگاه کوچک اما حساس تر بسازید. و گزینه های طراحی زیادی وجود دارد.
به عنوان مثال، ساختن دینامومتر با دستان خود از لاستیک آسان است. هیچ تفاوتی با "مدرسه" کلاسیک ندارد. تنها تفاوت این است که به جای فنر، از نوار الاستیک در دسترس تری استفاده می شود، به عنوان مثال، از چوب ماهیگیری پایین یا هواپیمای مدل.
با کمی تخیل، یک سرنگ یکبار مصرف معمولی به وسیله ای برای اندازه گیری قدرت تبدیل می شود. دستگاه در شکل نشان داده شده است، تنها چیزی که باید روی آن تمرکز کرد، پیستون سرنگ است، که باید آن را برگردانید (یا با یک چاقوی تیز برش دهید) تا بدون تلاش داخل بدنه سرنگ حرکت کند.
در صورت تمایل می توانید با دستان خود یک دینامومتر از قلم، یک خودکار معمولی با فنر بسازید.
میله باید از جوهر تمیز شود، نوک توپ نوشتاری را خرد کنید و یک گیره کاغذ معمولی را داخل آن قرار دهید.
دینامومتر روی عناصر پیزوالکتریک
دینامومترهای پیش ساخته در زمان های اخیر اغلب با استفاده از عناصر پیزوالکتریک ساخته می شوند. عنصر پیزوالکتریک - کریستال، در انتهاکه در حین فشرده سازی مکانیکی، اختلاف پتانسیل (ولتاژ) ظاهر می شود. علاوه بر این، بزرگی این اختلاف پتانسیل به درجه فشرده سازی بستگی دارد.
دینامومترهای این نوع با عدم وجود ضربه میله متمایز می شوند (فقط باید عنصر حساس را فشار دهید)، دقت فوق العاده و محدوده اندازه گیری عظیم. عناصر پیزو برای ساختن دستگاه های حساس برای اندازه گیری دقیق نیروهای کوچک و دینامومترهایی که نیروهای کششی تراکتورها را اندازه گیری می کنند استفاده می شود.
