Trọng lượng được đo bằng cân, khoảng cách bằng thước, áp suất bằng áp kế, … Đã phát minh ra thiết bị đo lực chưa? Một công cụ như vậy chắc chắn tồn tại. Nó được gọi là một lực kế. Nhân tiện, bạn có thể dễ dàng tự tay làm ở nhà một thiết bị đo lực đơn giản nhưng khá hiệu quả, đó là lực kế độc quyền của riêng mình.
Khối lượng, lực, trọng lượng
Trong các cuộc trò chuyện, chúng ta thường nhầm lẫn giữa các khái niệm như khối lượng và trọng lượng. sự khác biệt giữa chúng là gì? Ví dụ nhỏ. Chúng tôi có một quả tạ ấm thể dục nặng 32 kg. Đây là mức giá mà chiếc cân gia đình của chúng ta sẽ hiển thị, nếu chúng ta đặt sản phẩm bằng sắt này lên chúng. Hãy di chuyển tinh thần lên bề mặt của mặt trăng. Số đo của những chiếc cân mà chúng ta mang theo sẽ thay đổi và sẽ chỉ là 5 kg 120 g Nhưng trên hành tinh lớn nhất trong hệ thống của chúng ta, Sao Mộc, với lực hấp dẫn lớn nhất, những chiếc cân sẽ hiển thị tất cả là 84,5 kg. Khối lượng của quả tạ có thay đổi không? Không
Điều này có thể như thế nào? Hãy đặt một quả cân trong không gian vũ trụ, nơi mà ở trạng thái không trọng lượng, quả cân sẽ hiển thị bằng 0. Cân nặng có biến mất không? Để chắc chắn rằng không phải như vậy, nên phân tán bộ máy thể dục của chúng ta đến một tốc độ vừa phải và hướng nó đến mục tiêu này hoặc mục tiêu khác. Nếu thí nghiệm tương tự được lặp lại trên Mặt trăng, Trái đất, sao Mộc, với điều kiện tốc độtại thời điểm va chạm với chướng ngại vật sẽ giống nhau, sự hủy diệt sẽ giống nhau.
Khối lượng của quả tạ trong tất cả các ví dụ đều là 32 kg. Điều gì đang thay đổi? Lực mà quả nặng đè lên bệ của cân. Và để đo nó, lực này, được gọi là "trọng lượng", không phải tính bằng kilôgam, mà tính bằng niutơn.
Một lực của một newton tương đương với trọng lượng của một tải trọng 102 gram trên bề mặt hành tinh Trái đất.
Vì vậy, khi tự tay mình làm ra một lực kế, chúng ta sẽ có thể đo được một đại lượng vật lý quan trọng như lực.
Nguyên tắc chung của thiết kế lực kế
Trọng lực hiếm khi được sử dụng để đo lực. Điều này không chỉ bất tiện (một quả cân hoặc đối trọng chỉ có thể hoạt động theo phương thẳng đứng) mà còn không hoàn toàn chính xác. Thực tế là Trái đất của chúng ta không hoàn toàn là một hình cầu. Nó là một hình elip, hơi dẹt ở các cực. Do đó, khoảng cách từ xích đạo đến tâm hành tinh lớn hơn ở cực, ngoài ra, tại xích đạo, bất kỳ vật thể nào cũng chịu tác dụng của lực ly tâm làm giảm nhẹ trọng lượng của nó, vì vậy để đảm bảo giảm cân. (mặc dù không nhiều, chỉ 0,5%), bạn chỉ cần đi từ cực đến xích đạo.
Vì vậy, để đo lực, người ta thường sử dụng các thiết bị trên phần tử đàn hồi. Và đôi khi cần phải đo một lực đơn giản là rất lớn, ví dụ, lực đẩy của động cơ tên lửa tàu sân bay. Người ta chỉ có thể tưởng tượng một lực kế như vậy sẽ như thế nào.
Bạn khó có thể làm một chiếc bằng chính tay của mình. Nhưng nguyên tắc hoạt động của tất cả các "đồng hồ đo điện" đều giống nhau: lựclàm biến dạng phần tử đàn hồi, thiết bị sẽ cố định giá trị của phần biến dạng này.
Lực kế tiêu chuẩn
Trong phòng thí nghiệm của các bài học vật lý ở trường, một thiết bị lò xo đơn giản đã được sử dụng để đo lực. Hãy xem cách chế tạo một lực kế bằng tay của chính bạn không tệ hơn một chiếc ở trường học.
Cơ sở mà toàn bộ thiết bị được lắp ráp là một tấm ván gỗ thông thường hoặc một dải polycarbonate, nhựa, thiếc, có rất nhiều lựa chọn. Trên tấm có một lò xo, một đầu cố định cứng, đầu kia nối với vật để truyền lực. Theo quy định, đây là một cái móc bằng thép. Độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với lực tác dụng. Lượng biến dạng được phản ánh trên thang đo, được áp dụng bằng niutơn. Đây là cách hoạt động của một lực kế. Tự tay bạn làm ở nhà, không nhất thiết phải làm từ lò xo, bất kỳ chất liệu đàn hồi nào, ví dụ như dây thun, đều dùng được.
Hiệu chỉnh
Để đồng hồ đo lực hoạt động, nó phải được hiệu chỉnh. Bạn có thể sử dụng lực hấp dẫn để làm điều này. Biết rằng một lực tác dụng của một newton tương ứng với khối lượng 102 gam. Lực kế được hiệu chuẩn bằng tay của chính bạn theo trình tự sau:
- lực kế có phương thẳng đứng;
- trong khi lò xo không được tải, vị trí con trỏ tương ứng với 0;
- lực kế có khối lượng 102 gam, vạch là 1 niutơn;
- trọng lượng 204 gram sẽ cho vị trí đánh dấu của 2 newton, v.v.
Như bạn thấy, hãy thiết lậpTự làm lực kế thật dễ dàng.
Kiểu dáng khác nhau của động kế "nhà"
Cần phải quyết định tải trọng cần đo. Và tốt hơn hết bạn nên tính toán trước khi đặt lực kế. Với bàn tay của chính mình, bạn có thể tạo ra cả một thiết bị mạnh mẽ và một thiết bị nhỏ nhưng nhạy hơn. Và có nhiều tùy chọn thiết kế.
Ví dụ, bạn có thể dễ dàng chế tạo một lực kế bằng tay từ cao su. Nó không khác gì “trường học” cổ điển. Sự khác biệt duy nhất là thay vì lò xo, một sợi dây thun dễ tiếp cận hơn được sử dụng, chẳng hạn như từ một chiếc cần câu dưới đáy hoặc máy bay mô hình.
Với một chút trí tưởng tượng, một ống tiêm thông thường dùng một lần sẽ biến thành một thiết bị đo sức mạnh. Thiết bị được thể hiện trong hình, điều duy nhất cần tập trung là pít-tông ống tiêm, phải quay ngược lại (hoặc cắt bằng dao sắc) để nó di chuyển bên trong thân ống tiêm mà không cần nỗ lực.
Nếu muốn, bạn có thể tự tay mình làm ra một lực kế từ một chiếc bút máy, một cây bút bi thông thường có lò xo.
Thanh phải được làm sạch mực, mài sạch đầu bi viết và lắp kẹp giấy thông thường vào bên trong.
Lực kế trên các phần tử áp điện
Lực kế đúc sẵn trong thời gian gần đây thường được chế tạo bằng phần tử áp điện. Phần tử áp điện - tinh thể, ở các đầumà trong quá trình nén cơ học, một hiệu điện thế (điện áp) xuất hiện. Hơn nữa, độ lớn của sự khác biệt tiềm năng này phụ thuộc vào mức độ nén.
Động lực kế loại này được phân biệt bởi không có hành trình que (bạn chỉ cần nhấn vào phần tử nhạy cảm), độ chính xác cực cao và phạm vi đo rất lớn. Phần tử Piezo được sử dụng để chế tạo cả các thiết bị nhạy cảm để đo chính xác các lực nhỏ và động kế đo lực kéo của máy kéo.
