Gewicht wird mit einer Waage gemessen, Distanz mit einem Lineal, Druck mit einem Manometer usw. Wurde ein Gerät erfunden, das die Kraft misst? Ein solches Tool existiert sicherlich. Nennt sich Dynamometer. Mit den eigenen Händen zu Hause ist es übrigens leicht, ein einfaches, aber ziemlich effizientes Gerät zur Kraftmessung zu bauen, Ihr eigenes exklusives Dynamometer.
Masse, Kraft, Gewicht
In Gesprächen verwechseln wir oft Begriffe wie Masse und Gewicht. Was ist der Unterschied zwischen ihnen? Kleines Beispiel. Wir haben eine Gymnastik-Kettlebell mit einem Gewicht von 32 kg. So viel zeigt unsere Haush altswaage an, wenn wir dieses Eisenprodukt darauf legen. Begeben wir uns gedanklich auf die Oberfläche des Mondes. Die Messwerte der Waage, die wir mitnehmen werden, werden sich ändern und nur 5 kg 120 g betragen, aber auf dem größten Planeten unseres Systems, Jupiter, mit der größten Schwerkraft, wird die Waage ganze 84,5 kg anzeigen. Hat sich die Masse der Kettlebell verändert? Nr.
Wie kann das sein? Stellen wir ein Gewicht in den Weltraum, wo die Waage im Zustand der Schwerelosigkeit überhaupt Null anzeigt. Ist das Gewicht weg? Um sicherzustellen, dass dies nicht der Fall ist, lohnt es sich, unser Turngerät auf eine angemessene Geschwindigkeit zu verteilen und es auf das eine oder andere Ziel zu richten. Wenn das gleiche Experiment auf Mond, Erde, Jupiter wiederholt wird, vorausgesetzt, dass die Geschwindigkeitim Moment der Kollision mit einem Hindernis ist die gleiche, die Zerstörung ist identisch.
Die Masse der Kettlebell bleibt in allen Beispielen 32 kg. Was ändert sich? Die Kraft, mit der das Gewicht auf die Plattform der Waage drückt. Und um es zu messen, wird diese Kraft, die "Gewicht" genannt wird, korrekterweise nicht in Kilogramm, sondern in Newton angegeben.
Eine Kraft von einem Newton entspricht dem Gewicht einer Last von 102 Gramm auf der Erdoberfläche.
Wenn wir also mit unseren eigenen Händen ein Dynamometer gebaut haben, werden wir in der Lage sein, eine so wichtige physikalische Größe wie Kraft zu messen.
Allgemeines Konstruktionsprinzip des Dynamometers
Schwerkraft wird selten verwendet, um Kraft zu messen. Das ist nicht nur umständlich (ein Gewicht oder Gegengewicht kann nur vertikal funktionieren), sondern auch nicht ganz genau. Tatsache ist, dass unsere Erde nicht ganz eine Kugel ist. Es ist ein Ellipsoid, an den Polen leicht abgeflacht. Daher ist der Abstand am Äquator zum Mittelpunkt des Planeten größer als am Pol, außerdem wird am Äquator jeder Körper von der Zentrifugalkraft beeinflusst, die sein Gewicht leicht verringert, um so garantiert an Gewicht zu verlieren (wenn auch nicht viel, nur um 0,5 %), müssen Sie nur vom Pol zum Äquator gehen.
Daher werden zur Kraftmessung meist Geräte an elastischen Elementen verwendet. Und manchmal ist es notwendig, eine Kraft zu messen, die einfach enorm ist, zum Beispiel die Schubkraft des Triebwerks einer Raumträgerrakete. Man kann sich nur vorstellen, wie so ein Dynamometer aussehen soll.
Du kannst kaum einen mit deinen eigenen Händen machen. Das Funktionsprinzip aller "Powermeter" ist jedoch dasselbe: die Kraftdas elastische Element verformt, legt das Gerät den Wert dieser Verformung fest.
Standard Dynamometer
In der Laborarbeit des Schulphysikunterrichts wurde ein einfaches Federgerät zur Kraftmessung verwendet. Überlegen Sie, wie Sie mit Ihren eigenen Händen ein Dynamometer bauen können, das nicht schlechter ist als ein Schuldynamometer.
Die Basis, auf der das gesamte Gerät zusammengebaut wird, ist ein gewöhnliches Holzbrett oder ein Streifen aus Polycarbonat, Kunststoff, Blech, es gibt viele Möglichkeiten. Auf der Platte befindet sich eine Feder, deren eines Ende starr befestigt ist, das andere ist mit dem Körper verbunden, durch den die Kraft übertragen wird. In der Regel ist dies ein Stahlhaken. Der Dehnungsgrad der Feder ist proportional zur aufgebrachten Kraft. Die Größe der Verformung spiegelt sich auf der Skala wider, die in Newton aufgetragen ist. So funktioniert ein Dynamometer. Mit Ihren eigenen Händen zu Hause ist es nicht notwendig, es aus einer Feder zu machen, jedes elastische Material, zum Beispiel ein Gummiband, funktioniert gut.
Kalibrierung
Damit der Kraftmesser funktioniert, muss er kalibriert werden. Dazu können Sie die Schwerkraft nutzen. Es ist bekannt, dass eine Kraft von einem Newton einem Gewicht von 102 Gramm entspricht. Das Dynamometer wird mit Ihren eigenen Händen in der folgenden Reihenfolge kalibriert:
- Dynamometer steht senkrecht;
- bei unbelasteter Feder entspricht die Zeigerstellung 0;
- Dynamometer ist mit einem Gewicht von 102 Gramm belastet, die Marke ist 1 Newton;
- ein Gewicht von 204 Gramm ergibt eine Markenposition von 2 Newton usw.
Wie Sie sehen können, einrichtenDIY Dynamometer ist einfach.
Unterschiedliche Ausführungen von "Heim"-Dynamometern
Es muss entschieden werden, welche Last gemessen werden soll. Und es ist besser, eine Berechnung durchzuführen, bevor Sie einen Dynamometer herstellen. Mit Ihren eigenen Händen können Sie sowohl ein leistungsstarkes als auch ein kleines, aber empfindlicheres Gerät herstellen. Und es gibt viele Gest altungsmöglichkeiten.
Zum Beispiel ist es einfach, einen Dynamometer mit eigenen Händen aus Gummi herzustellen. Es unterscheidet sich nicht von der klassischen "Schule". Der einzige Unterschied besteht darin, dass anstelle einer Feder ein besser zugängliches Gummiband verwendet wird, beispielsweise von einer Grundangel oder einem Modellflugzeug.
Mit etwas Fantasie wird aus einer gewöhnlichen Einwegspritze ein Gerät zur Kraftmessung. Das Gerät ist in der Abbildung dargestellt, das einzige, worauf man sich konzentrieren muss, ist der Spritzenkolben, der umgedreht (oder mit einem scharfen Messer geschnitten) werden muss, damit er sich mühelos im Spritzenkörper bewegen lässt.
Wenn Sie möchten, können Sie aus einem Stift, einem gewöhnlichen Kugelschreiber mit Feder, mit Ihren eigenen Händen ein Dynamometer machen.
Der Stift muss von Tinte gereinigt werden, die Spitze der Schreibkugel abschleifen und eine gewöhnliche Büroklammer hineinstecken.
Dynamometer auf piezoelektrischen Elementen
Vorgefertigte Dynamometer werden in letzter Zeit meistens mit piezoelektrischen Elementen hergestellt. Piezoelektrisches Element - Kristall, an den Endenbei dem bei mechanischer Verdichtung eine Potentialdifferenz (Spannung) auftritt. Außerdem hängt die Größe dieser Potentialdifferenz vom Kompressionsgrad ab.
Dynamometer dieses Typs zeichnen sich durch das Fehlen eines Stangenhubs (Sie müssen nur das empfindliche Element drücken), extreme Genauigkeit und einen großen Messbereich aus. Aus Piezoelementen entstehen sowohl empfindliche Geräte zur genauen Messung kleiner Kräfte als auch Dynamometer, die die Zugkräfte von Traktoren messen.
