Hvordan man laver en balance skala

En balance gør præcis, hvad navnet antyder: den balancerer to poster. Ved at bruge en kan du bestemme massen af ​​et objekt.

Lad os gå igennem, hvordan man laver en gør-det-selv-skala (DIY) eller balance, og se hvordan fysikprincippet bag det fungerer.

Du skal bruge følgende for at lave din hjemmelavede massebalanceskala:

• En robust bjælke, som kan vælges ud fra, hvad du vil veje. Hvis du vejer meget tunge genstande, har du muligvis brug for et stykke tømmer for at lave en kæmpe balance skala. Mere sandsynligt vil du gerne lave en lille balance, der kan bruges til at veje små genstande såsom papirclips eller mønter. For en lille balance kan du bruge en popsicle-pind som bjælken.
• Et omdrejningspunkt, der understøtter bjælken på et enkelt punkt i midten (eller meget tæt på et enkelt punkt). For en lille popsicle-skala kunne en kile af gummi, såsom en tynd viskelæder, fungere.
• Små genstande med kendt vægt til at fungere som middel til at måle massen af ​​det ukendte objekt.

For at forstå formålet med de små genstande med kendt vægt skal vi vide, hvordan en balance eller skala fungerer.

Det fysiske princip bag en bjælkebalance er drejningsmoment. En kraft, der påføres bjælken i en vis afstand fra omdrejningspunktet (som kaldes løftearmen) eller det punkt, hvor den er afbalanceret, frembringer et drejningsmoment. Moment giver anledning til rotationsbevægelse, hvis drejningsmomenterne ikke er i balance.

En strålebalance bruger dette princip til måling af masse eller vægt.

Formlen for drejningsmoment, τ, er

hvorFer den kraft, der anvendes af objektet, ogrer løftearmen. Bemærk, at operationen er et krydsprodukt, som er en vektoroperation og ikke multiplikation. Krydsproduktet er kun ikke-nul, hvis en eller anden del af kraften er vinkelret på løftearmen.

Det er klart, at for en strålebalance kan løftearmen blive repræsenteret som en vektor, der begynder ved omdrejningspunktet og peger ud mod bjælkens ende. Kraftvektoren begynder ved det punkt, hvor massen er placeret, og den er parallel med tyngdekraftsretningen.

For at kontrollere, om denne ligning giver mening, skal du tænke på at åbne en dør. For at åbne døren skal du trække vinkelret på døren. Hvis du vender ud mod dørkanten og skubber eller trækker, åbner du ikke døren. Ligningen for drejningsmoment beskriver præcist de fysiske fænomener.

For to-dimensionelle problemer bliver formlen

i hvilket tilfælde krydsproduktet er udført, og sinus for vinklen mellem kraftens retninger og løftearmen er θ. Når vinklen mellem kraften og løftearmen nærmer sig 0, går momentet også til 0, hvilket giver mening.

For at bruge en balance til at bestemme massen af ​​et objekt, skal objektet med ukendt masse placeres i den ene ende af vægten. Dette vil fremkalde et drejningsmoment, og balancen vil dreje rundt om omdrejningspunktet og hvile på jorden, indtil drejningsmomentet er afbalanceret. Så hvordan kan vi afbalancere momentet?

Det er her, objekterne med kendt masse er nødvendige.

Vi kan langsomt tilføje genstande med kendt masse til den modsatte ende og begynde at bestemme den passende kraft. Når bjælken er afbalanceret, og begge ender er i lige højde fra jorden, er kræfterne i begge ender af bjælken afbalanceret.

Når dette sker, kan du tilføje den samlede masse, der var nødvendig for at afbalancere strålen, som bestemmer massen af ​​det ukendte objekt.

Husk, at armene på begge sider af bjælken skal være nøjagtigt lige. Hvis ikke, vil de kræfter, der er nødvendige for at afbalancere drejningsmomentet, ikke være nøjagtigt lige, og der vil være behov for yderligere beregning for at bestemme den ukendte masse.