Svoris matuojamas svarstyklėmis, atstumas – liniuote, slėgis – manometru ir pan. Ar buvo išrastas prietaisas, kuris matuoja jėgą? Tokia priemonė tikrai egzistuoja. Jis vadinamas dinamometru. Beje, savo rankomis namuose nesunku pasigaminti paprastą, bet gana efektyvų jėgos matavimo prietaisą, savo išskirtinį dinamometrą.
Masė, jėga, svoris
Pokalbiuose dažnai painiojame tokias sąvokas kaip masė ir svoris. Kuo jie skiriasi? Mažas pavyzdys. Turime 32 kg sveriantį gimnastinį virdulį. Štai kiek parodys mūsų buitinės svarstyklės, jei ant jų uždėsime šį geležies gaminį. Psichiškai persikelkime į mėnulio paviršių. Svarstyklių, kurias pasiimsime su savimi, rodmenys keisis ir bus tik 5 kg 120 g. Bet didžiausioje mūsų sistemos planetoje Jupiteryje su didžiausia gravitacija svarstyklės rodys visus 84,5 kg. Ar pasikeitė virdulio masė? Nr.
Kaip tai gali būti? Padėkime svarmenį į kosmosą, kur nesvarumo būsenoje svarstyklės išvis rodys nulį. Ar svoris dingo? Norint įsitikinti, kad taip nėra, verta mūsų gimnastikos aparatą išsklaidyti tinkamu greičiu ir nukreipti į vieną ar kitą taikinį. Jei tas pats eksperimentas kartojamas Mėnulyje, Žemėje, Jupiteryje, su sąlyga, kad greitissusidūrimo su kliūtimi momentu bus tas pats, sunaikinimas bus identiškas.
Visuose pavyzdžiuose virdulio masė išlieka 32 kg. Kas keičiasi? Jėga, kuria svoris spaudžia svarstyklių platformą. Ir norint jį išmatuoti, ši jėga, vadinama „svoriu“, yra teisinga ne kilogramais, o niutonais.
Vieno niutono jėga yra lygi 102 gramų apkrovos svoriui ant Žemės planetos paviršiaus.
Taigi, savo rankomis pasidarę dinamometrą, galėsime išmatuoti tokį svarbų fizikinį dydį kaip jėga.
Bendras dinamometro konstrukcijos principas
Jėgai matuoti gravitacija naudojama retai. Tai ne tik nepatogu (svoris ar atsvara gali veikti tik vertikaliai), bet ir nėra visiškai tikslu. Faktas yra tas, kad mūsų Žemė nėra visiškai sfera. Tai elipsoidas, šiek tiek suplotas ties ašigaliais. Todėl atstumas ties pusiauju iki planetos centro yra didesnis nei ties ašigaliu, be to, ties pusiauju bet kurį kūną veikia išcentrinė jėga, kuri šiek tiek sumažina jo svorį, todėl norint garantuotai numesti svorio (nors ir nedaug, tik 0,5 proc.), tereikia pereiti nuo ašigalio iki pusiaujo.
Todėl jėgai matuoti dažniausiai naudojami įtaisai ant tamprių elementų. O kartais reikia išmatuoti tiesiog milžinišką jėgą, pavyzdžiui, erdvėlaivio raketos variklio trauką. Galima tik įsivaizduoti, koks turėtų būti toks dinamometras.
Vargu ar tokį pasigaminsite savo rankomis. Tačiau visų „galios matuoklių“veikimo principas yra tas pats: jėgadeformuoja tamprų elementą, prietaisas fiksuoja šios deformacijos reikšmę.
Standartinis dinamometras
Mokyklinių fizikos pamokų laboratoriniuose darbuose jėgai matuoti buvo naudojamas paprastas spyruoklinis prietaisas. Apsvarstykite, kaip savo rankomis pasidaryti dinamometrą ne blogesnį nei mokyklinis.
Pagrindas, kuriuo surenkamas visas prietaisas, yra paprasta medžio lenta arba polikarbonato, plastiko, skardos juosta, yra daug variantų. Ant plokštelės yra spyruoklė, kurios vienas galas yra standžiai pritvirtintas, kitas prijungtas prie korpuso, per kurį perduodama jėga. Paprastai tai yra plieninis kablys. Spyruoklės tempimo laipsnis yra proporcingas taikomai jėgai. Deformacijos dydis atsispindi skalėje, kuri taikoma niutonais. Taip veikia dinamometras. Savo rankomis namuose jo daryti iš spyruoklės nebūtina, tiks bet kokia elastinga medžiaga, pavyzdžiui, elastinė juosta.
Kalibravimas
Kad jėgos matuoklis veiktų, jis turi būti sukalibruotas. Norėdami tai padaryti, galite naudoti gravitaciją. Yra žinoma, kad vieno niutono jėga atitinka 102 gramų svorį. Dinamometras sukalibruojamas savo rankomis tokia seka:
- dinamometras yra vertikalus;
- kol spyruoklė neapkrauta, rodyklės padėtis atitinka 0;
- dinamometras pakrautas 102 gramų svoriu, žyma yra 1 niutonas;
- 204 gramų svoris suteiks 2 niutonus ir tt
Kaip matote, nustatykite„Pasidaryk pats“dinamometrą lengva naudoti.
Įvairių konstrukcijų „namų“dinamometrai
Būtina nuspręsti dėl apkrovos, kurią reikia išmatuoti. O prieš darant dinamometrą geriau pasiskaičiuoti. Savo rankomis galite pagaminti ir galingą įrenginį, ir nedidelį, bet jautresnį. Ir yra daug dizaino variantų.
Pavyzdžiui, dinamometrą lengva pasidaryti savo rankomis iš gumos. Ji niekuo nesiskiria nuo klasikinės „mokyklos“. Vienintelis skirtumas yra tas, kad vietoj spyruoklės naudojama lengviau pasiekiama elastinė juosta, pavyzdžiui, nuo dugninės meškerės ar lėktuvo modelio.
Turint šiek tiek fantazijos, paprastas vienkartinis švirkštas virsta prietaisu stiprumui matuoti. Prietaisas parodytas paveikslėlyje, vienintelis dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį, yra švirkšto stūmoklis, kurį reikia apsukti (arba perpjauti aštriu peiliu), kad jis be pastangų judėtų švirkšto korpuso viduje.
Jei norite, galite savo rankomis pasigaminti dinamometrą iš rašiklio, įprasto tušinuko su spyruokle.
Strypą reikia nuvalyti nuo rašalo, nušlifuoti rašomojo kamuoliuko galiuką ir į vidų įkišti įprastą sąvaržėlę.
Pjezoelektrinių elementų dinamometras
Surenkamieji dinamometrai pastaruoju metu dažniausiai gaminami naudojant pjezoelektrinius elementus. Pjezoelektrinis elementas – krištolas, galuosekurią mechaninio suspaudimo metu atsiranda potencialų skirtumas (įtampa). Be to, šio potencialo skirtumo dydis priklauso nuo suspaudimo laipsnio.
Šio tipo dinamometrai išsiskiria strypo eigos nebuvimu (tereikia paspausti jautrų elementą), ypatingu tikslumu ir didžiuliu matavimo diapazonu. Pjezo elementai naudojami gaminant jautrius prietaisus, skirtus tiksliai matuoti mažas jėgas, ir dinamometrus, matuojančius traktorių traukos jėgas.
