Peso se mede com balança, distância com régua, pressão com manômetro, etc. Foi inventado um aparelho que mede a força? Tal ferramenta certamente existe. Chama-se dinamômetro. Com as próprias mãos em casa, aliás, é fácil fazer um aparelho de medição de força simples, mas bastante eficiente, seu próprio dinamômetro exclusivo.
Massa, força, peso
Em conversas, muitas vezes confundimos conceitos como massa e peso. Qual a diferença entre eles? Pequeno exemplo. Temos um kettlebell de ginástica pesando 32 kg. Isso é o quanto nossas balanças domésticas mostrarão, se colocarmos esse produto de ferro nelas. Vamos nos mover mentalmente para a superfície da lua. As leituras da balança que levaremos conosco mudarão e serão apenas 5 kg 120 g. Mas no maior planeta do nosso sistema, Júpiter, com a maior gravidade, a balança mostrará todos os 84,5 kg. A massa do kettlebell mudou? Nº
Como pode ser isso? Vamos colocar um peso no espaço sideral, onde em um estado de ausência de peso a balança mostrará zero. O peso acabou? Para garantir que esse não seja o caso, vale a pena dispersar nosso aparelho de ginástica a uma velocidade decente e direcioná-lo para um ou outro alvo. Se o mesmo experimento for repetido na Lua, Terra, Júpiter, desde que a velocidadeno momento da colisão com um obstáculo será a mesma, a destruição será idêntica.
A massa do kettlebell em todos os exemplos permanece 32 kg. O que está mudando? A força com que o peso pressiona a plataforma da balança. E para medi-la, essa força, chamada "peso", está correta não em quilogramas, mas em newtons.
A força de um newton é igual ao peso de uma carga de 102 gramas na superfície do planeta Terra.
Então, tendo feito um dinamômetro com nossas próprias mãos, poderemos medir uma grandeza física tão importante como a força.
Princípio geral do projeto do dinamômetro
A gravidade raramente é usada para medir a força. Isso não é apenas inconveniente (um peso ou contrapeso só pode funcionar na vertical), mas também não é totalmente preciso. O fato é que nossa Terra não é bem uma esfera. É um elipsóide, ligeiramente achatado nos pólos. Portanto, a distância do equador ao centro do planeta é maior do que no pólo, além disso, no equador, qualquer corpo é afetado pela força centrífuga, o que reduz ligeiramente seu peso, para garantir a perda de peso (embora não muito, apenas 0,5%), basta ir do polo ao equador.
Portanto, para medir a força, os dispositivos em elementos elásticos são mais usados. E às vezes é necessário medir uma força que é simplesmente enorme, por exemplo, o empuxo do motor de um foguete de transporte espacial. Pode-se apenas imaginar como esse dinamômetro deve ser.
Você dificilmente pode fazer um com suas próprias mãos. Mas o princípio de funcionamento de todos os "medidores de potência" é o mesmo: a forçadeforma o elemento elástico, o aparelho fixa o valor dessa deformação.
Dinamômetro Padrão
No trabalho de laboratório das aulas de física da escola, um simples dispositivo de mola foi usado para medir a força. Considere como fazer um dinamômetro com suas próprias mãos não pior do que um da escola.
A base sobre a qual todo o dispositivo é montado é uma prancha comum de madeira ou uma tira de policarbonato, plástico, estanho, existem muitas opções. Há uma mola na placa, uma extremidade da qual é rigidamente fixada, a outra está conectada ao corpo através do qual a força é transmitida. Como regra, este é um gancho de aço. O grau de alongamento da mola é proporcional à força aplicada. A quantidade de deformação é refletida na escala, que é aplicada em newtons. É assim que funciona um dinamômetro. Com as próprias mãos em casa, não é necessário fazê-lo com uma mola, qualquer material elástico, por exemplo, um elástico, funcionará bem.
Calibração
Para que o medidor de força funcione, ele deve ser calibrado. Você pode usar a gravidade para fazer isso. Sabe-se que uma força de um newton corresponde a um peso de 102 gramas. O dinamômetro é calibrado com suas próprias mãos na seguinte sequência:
- dinamômetro é vertical;
- enquanto a mola não está carregada, a posição do ponteiro corresponde a 0;
- dinamômetro é carregado com um peso de 102 gramas, a marca é de 1 newton;
- um peso de 204 gramas dará uma posição de marca de 2 newtons, etc.
Como você pode ver, configureO dinamômetro DIY é fácil.
Diferentes designs de dinamômetros "caseiros"
É necessário decidir sobre a carga a ser medida. E é melhor fazer um cálculo antes de fazer um dinamômetro. Com suas próprias mãos, você pode criar um dispositivo poderoso e um pequeno, mas mais sensível. E há muitas opções de design.
Por exemplo, é fácil fazer um dinamômetro com suas próprias mãos de borracha. Não é diferente da "escola" clássica. A única diferença é que, em vez de uma mola, é usado um elástico mais acessível, por exemplo, de uma vara de pescar de fundo ou de um aeromodelo.
Com um pouco de imaginação, uma seringa descartável comum se transforma em um aparelho para medir força. O dispositivo é mostrado na figura, a única coisa a focar é o êmbolo da seringa, que deve ser girado (ou cortado com uma faca afiada) para que se mova dentro do corpo da seringa sem esforço.
Se desejar, você pode fazer um dinamômetro com suas próprias mãos a partir de uma caneta, uma caneta esferográfica comum com mola.
A haste deve ser limpa de tinta, esmerilhar a ponta da bola de escrita e inserir um clipe de papel comum dentro.
Dinamômetro em elementos piezoelétricos
Dinamômetros pré-fabricados nos últimos tempos são mais frequentemente feitos usando elementos piezoelétricos. Elemento piezoelétrico - cristal, nas extremidadesque, durante a compressão mecânica, aparece uma diferença de potencial (tensão). Além disso, a magnitude dessa diferença de potencial depende do grau de compressão.
Dinamômetros deste tipo se distinguem pela ausência de um curso de haste (você só precisa pressionar o elemento sensível), extrema precisão e uma enorme faixa de medição. Elementos piezoelétricos são usados para fazer dispositivos sensíveis para medir com precisão pequenas forças e dinamômetros, que medem as forças de tração de tratores.
