يقوم الرصيد بالضبط بما يوحي به الاسم: فهو يوازن بين عنصرين. باستخدام واحد ، يمكنك تحديد كتلة الجسم.
دعنا نتعرف على كيفية عمل مقياس أو توازن افعل ذلك بنفسك (DIY) ، ونرى كيف يعمل مبدأ الفيزياء الذي يقف وراءه.
كيفية عمل نموذج توازن شعاع لمشاريع المدرسة
سوف تحتاج إلى ما يلي لعمل ميزان كتلة محلي الصنع:
- شعاع قوي ، يمكن اختياره بناءً على الوزن الذي ستقوم بوزنه. إذا كنت ستزن أشياء ثقيلة جدًا ، فقد تحتاج إلى قطعة من الخشب لعمل ميزان ضخم. على الأرجح ، سترغب في عمل توازن صغير يمكن استخدامه لوزن الأشياء الصغيرة مثل المشابك الورقية أو العملات المعدنية. للحصول على توازن بسيط ، يمكنك استخدام عصا مثلجات كعارضة.
- نقطة ارتكاز ، والتي ستدعم الشعاع عند نقطة واحدة في المنتصف (أو قريبة جدًا من نقطة واحدة). بالنسبة لميزان المصاصة الصغير ، يمكن استخدام إسفين من المطاط ، مثل ممحاة رقيقة.
- الأجسام الصغيرة ذات الوزن المعروف لتعمل كوسيلة لقياس كتلة الجسم المجهول.
لفهم الغرض من الأشياء الصغيرة ذات الوزن المعروف ، نحتاج إلى معرفة كيفية عمل الميزان أو الميزان.
كيف يعمل ميزان الشعاع؟
المبدأ الفيزيائي وراء توازن الحزمة هو عزم الدوران. القوة المطبقة على الحزمة على مسافة ما من نقطة الارتكاز (والتي تسمى ذراع الرافعة) ، أو النقطة التي يتم فيها موازنتها ، تنتج عزمًا. ينتج عن عزم الدوران حركة دورانية إذا كان عزم الدوران غير متوازن.
يستخدم ميزان الشعاع هذا المبدأ لقياس الكتلة أو الوزن.
صيغة عزم الدوران ، τ ، هي
\ tau = F \ مرات r
أينFهي القوة المطبقة من الجسم ، وصهي ذراع الرافعة. لاحظ أن العملية عبارة عن حاصل ضرب تقاطع ، وهي عملية متجه وليست عملية ضرب. لن يكون حاصل الضرب الاتجاهي صفريًا إلا إذا كانت بعض مكونات القوة متعامدة مع ذراع الرافعة.
من الواضح أنه بالنسبة لميزان الحزمة ، يمكن تمثيل ذراع الرافعة كمتجه يبدأ عند نقطة الارتكاز ويشير باتجاه نهاية الحزمة. يبدأ متجه القوة من النقطة التي تقع فيها الكتلة ، وهي موازية لاتجاه الجاذبية.
للتحقق مما إذا كانت هذه المعادلة منطقية ، فكر في فتح باب. من أجل فتح الباب ، عليك أن تسحبه بشكل عمودي على الباب. إذا كنت ستواجه حافة الباب وتدفع أو تسحب ، فلن تفتح الباب. تصف معادلة عزم الدوران بالضبط تلك الظواهر الفيزيائية.
بالنسبة للمسائل ثنائية الأبعاد ، تصبح الصيغة
\ tau = الاب \ الخطيئة {\ ثيتا}
في هذه الحالة تم تنفيذ الضرب العرضي ، وجيب الزاوية بين اتجاهات القوة وذراع الرافعة هو θ. عندما تقترب الزاوية بين القوة وذراع الرافعة من 0 ، يتجه عزم الدوران أيضًا إلى 0 ، وهذا أمر منطقي.
العودة إلى مقياس DIY أو الميزان
من أجل استخدام الميزان لتحديد كتلة الجسم ، يجب وضع الجسم المجهول الكتلة في أحد طرفي الميزان. سيحدث هذا عزمًا وسيدور التوازن حول نقطة الارتكاز ويستقر على الأرض حتى يتم موازنة عزم الدوران. فكيف يمكننا موازنة عزم الدوران؟
هذا هو المكان الذي تحتاج فيه الأشياء ذات الكتلة المعروفة.
يمكننا إضافة الأجسام ذات الكتلة المعروفة ببطء إلى الطرف المقابل والبدء في تحديد القوة المناسبة. عندما تكون الحزمة متوازنة ، ويكون كلا الطرفين على ارتفاعات متساوية من الأرض ، فإن القوى الموجودة على طرفي الحزمة تكون متوازنة.
عندما يحدث هذا ، يمكنك جمع الكتلة الإجمالية اللازمة لموازنة الحزمة ، والتي تحدد كتلة الجسم المجهول.
تذكر أن أذرع الرافعة على جانبي العارضة يجب أن تكون متساوية تمامًا. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فلن تكون القوى اللازمة لموازنة عزم الدوران متساوية تمامًا ، وسيكون هناك حساب إضافي مطلوب لتحديد الكتلة غير المعروفة.