Kaalu mõõdetakse kaaluga, kaugust joonlauaga, rõhku manomeetriga jne. Kas on leiutatud seade, mis mõõdab jõudu? Selline tööriist on kindlasti olemas. Seda nimetatakse dünamomeetriks. Muide, kodus on oma kätega lihtne valmistada lihtsat, kuid üsna tõhusat jõu mõõtmise seadet, oma eksklusiivset dünamomeetrit.
Mass, jõud, kaal
Vestlustes ajame sageli segamini sellised mõisted nagu mass ja kaal. Mis vahe neil on? Väike näide. Meil on võimlemiskeel kaaluga 32 kg. Nii palju näitavad meie majapidamiskaalud, kui paneme neile selle rauatoote peale. Liigume vaimselt Kuu pinnale. Kaasavõetavate kaalude näidud muutuvad ja on vaid 5 kg 120 g. Kuid meie süsteemi suurimal planeedil Jupiteril, millel on suurim gravitatsioon, näitab kaal kõiki 84,5 kg. Kas kettlebelli mass on muutunud? Ei.
Kuidas see olla saab? Asetame raskuse avakosmosesse, kus kaaluta olekus hakkab kaal üldse nulli näitama. Kas kaal on kadunud? Veendumaks, et see nii ei ole, tasub meie võimlemisaparaat korraliku kiirusega laiali ajada ja ühele või teisele sihtmärgile suunata. Kui sama katset korratakse Kuul, Maal, Jupiteril, eeldusel, et kiirustakistusega kokkupõrke hetkel on sama, hävingud on identsed.
Kõikides näidetes jääb keevikella mass 32 kg. Mis muutub? Jõud, millega raskus surub kaalu platvormi. Ja selle mõõtmiseks on see jõud, mida nimetatakse "kaaluks", õige mitte kilogrammides, vaid njuutonites.
Ühe njuutoni jõud võrdub 102-grammise koormuse kaaluga planeedi Maa pinnal.
Seega, olles oma kätega dünamomeetri valmistanud, saame mõõta nii olulist füüsikalist suurust nagu jõud.
Dünamomeetri konstruktsiooni üldpõhimõte
Gravitatsiooni kasutatakse jõu mõõtmiseks harva. See pole mitte ainult ebamugav (raskus või vastukaal võib töötada ainult vertikaalselt), vaid ka mitte täiesti täpne. Fakt on see, et meie Maa ei ole päris sfäär. See on ellipsoid, poolustes veidi lapik. Seetõttu on kaugus ekvaatoril planeedi keskpunktist suurem kui poolusel, lisaks mõjutab ekvaatoril mis tahes keha tsentrifugaaljõud, mis vähendab veidi selle kaalu, et tagada kaalulangus. (ehkki mitte palju, vaid 0,5% võrra), peate lihts alt minema pooluselt ekvaatorile.
Seetõttu kasutatakse jõu mõõtmiseks kõige sagedamini elastsetel elementidel olevaid seadmeid. Ja mõnikord on vaja mõõta jõudu, mis on lihts alt tohutu, näiteks kosmosekandja raketi mootori tõukejõud. Võib vaid ette kujutada, milline selline dünamomeeter peaks olema.
Vaev alt saate seda oma kätega teha. Kuid kõigi "võimsusmõõturite" tööpõhimõte on sama: jõuddeformeerib elastset elementi, fikseerib seade selle deformatsiooni väärtuse.
Standarddünamomeeter
Kooli füüsikatundide laboritöödes kasutati jõu mõõtmiseks lihtsat vedruseadet. Mõelge, kuidas teha oma kätega dünamomeetrit mitte halvemaks kui kooli oma.
Kogu seadme kokkupanemise aluseks on tavaline puitlaud või polükarbonaadist, plastikust, plekist riba, valikuid on palju. Plaadil on vedru, mille üks ots on jäig alt fikseeritud, teine on ühendatud kehaga, mille kaudu jõud edasi kandub. Reeglina on see teraskonks. Vedru venitusaste on võrdeline rakendatava jõuga. Deformatsiooni suurus kajastub skaalal, mida rakendatakse njuutonites. Dünamomeeter töötab nii. Kodus oma kätega pole seda vaja vedrust teha, sobib hästi igasugune elastne materjal, näiteks kummipael.
Kalibreerimine
Selleks, et jõumõõtur töötaks, peab see olema kalibreeritud. Selleks saate kasutada gravitatsiooni. On teada, et ühe njuutoni jõud vastab 102 grammi kaalule. Dünamomeeter kalibreeritakse oma kätega järgmises järjestuses:
- dünamomeeter on vertikaalne;
- kui vedru pole koormatud, vastab kursori asukoht 0-le;
- dünamomeeter on koormatud 102 grammi kaaluga, märk on 1 njuuton;
- 204-grammine kaal annab märgipositsioonile 2 njuutoni jne.
Nagu näete, seadistageDünamomeetri isetegemine on lihtne.
Erineva disainiga "kodudünamomeetrid"
Mõõdetava koormuse üle on vaja otsustada. Ja enne dünamomeetri tegemist on parem teha arvutus. Oma kätega saate teha nii võimsa seadme kui ka väikese, kuid tundlikuma. Kujundusvõimalusi on palju.
Näiteks dünamomeetrit on lihtne oma kätega kummist valmistada. See ei erine klassikalisest "koolist". Ainus erinevus on see, et vedru asemel kasutatakse paremini ligipääsetavat elastset riba, näiteks põhjaõnge või mudellennuki küljest.
Väikese kujutlusvõimega saab tavalisest ühekordsest süstlast tugevuse mõõtmise seade. Seade on näidatud joonisel, ainus asi, millele keskenduda, on süstla kolb, mis tuleb ümber pöörata (või terava noaga lõigata), et see liiguks süstla korpuse sees ilma pingutuseta.
Soovi korral saab pliiatsist oma kätega teha dünamomeetri, tavalise vedruga pastapliiatsi.
Varras tuleb tindist puhastada, kirjutuskuuli ots maha lihvida ja sisse panna tavaline kirjaklamber.
Piesoelektriliste elementide dünamomeeter
Viimasel ajal on kokkupandavad dünamomeetrid valmistatud enamasti piesoelektriliste elementide abil. Piesoelektriline element - kristall, otstesmille mehaanilisel kokkusurumisel tekib potentsiaalide erinevus (pinge). Veelgi enam, selle potentsiaalse erinevuse suurus sõltub kokkusurumisastmest.
Seda tüüpi dünamomeetrid eristuvad varda käigu puudumise (peate lihts alt vajutama tundlikku elementi), äärmise täpsuse ja tohutu mõõtmisvahemiku poolest. Piesoelemente kasutatakse nii tundlike seadmete valmistamiseks väikeste jõudude täpseks mõõtmiseks kui ka dünamomeetrite valmistamiseks, mis mõõdavad traktorite veojõude.
