Σχεδόν όλοι ήταν σε ζυγαριά. Μερικοί άνθρωποι ελέγχουν το βάρος τους καθημερινά για υγεία ή αθλητικούς σκοπούς, ενώ άλλοι κάνουν μεγαλύτερη χρήση συσκευών ζύγισης στο σούπερ μάρκετ, στη δουλειά ή ως μέρος μιας ολοκληρωμένης επιστημονικής εκπαίδευσης.
Συχνά, οι ζυγαριές ζυγίζονται κατηγορούνται ότι είναι λανθασμένες και σωστά. Αυτές οι συσκευές υπόκεινται σε σημαντική μηχανική πίεση σε σχέση με το μέγεθός τους, ειδικά στην περίπτωση του λεγόμενου μπάνιου ή οικιακές ζυγαριές, και δεν χρειάζεται πολύς χρόνος για να ρίξουν τα μέρη της ζυγαριάς ακόμη και αν είναι σωστά κατασκευασμένα και βαθμονομημένο.
Έχετε σκεφτεί ποτέ πώς μια κλίμακα «ξέρει» πόση μάζα έχει προστεθεί σε αυτήν; Πώς αυτές οι συσκευές, ανεξάρτητα από την εσωτερική τους λειτουργία, παραμένουν ακριβείς με την πάροδο του χρόνου; Και τι συμβαίνει με τον ισχυρισμό ότι "το βάρος δεν είναι η ίδια μάζα" όταν είναι σαφές από μια ματιά στο εμπορικό κόσμο που τα κιλά και οι λίβρες αντιμετωπίζονται συχνά ως διαφορετικές μονάδες του ίδιου φυσικού ποσότητα?
Καθορισμένο βάρος και μάζα
Μάζα είναι ένα μέτρο της ίδιας της ύλης, το ποσό των «αντικειμένων» που υπάρχει σε ένα δείγμα. Ένας τρόπος για να συλλάβουμε τη μάζα είναι ότι έχει intertia, που σημαίνει ότι εάν δεν κινείται, πρέπει να προστεθεί ενέργεια το σύστημα για να το κάνει να κινείται, ενώ εάν ήδη κινείται, πρέπει να προστεθεί ενέργεια για να το επιβραδύνει ή να το σταματήσει εντελώς. Η διαίσθηση σας λέει ότι όσο πιο μαζικό είναι ένα αντικείμενο, τόσο πιο δύσκολο είναι είτε να καζολεί σε κίνηση από το υπόλοιπο είτε να σταματά όταν κινείται.
Βάρος πολλαπλασιάζεται μάζα επί σολ, η επιτάχυνση που παράγεται από τη βαρύτητα. Στη Γη, τα γενικά χρησιμοποιούμενα σολ η τιμή είναι 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο (m / s2), ενώ στο φεγγάρι είναι πολύ μικρότερο και στον Δία είναι πολύ μεγαλύτερο επειδή αυτά τα σώματα έχουν μικρότερες και μεγαλύτερες μάζες από τη Γη αντίστοιχα. Το αποτέλεσμα είναι ότι η ίδια μάζα θα έχει διαφορετικό βάρος όταν τοποθετείται σε ισχυρότερο ή ασθενέστερο βαρυτικό πεδίο.
Στο σύστημα μονάδων SI (το μετρικό, ή διεθνές, σύστημα), η βασική μονάδα μάζας είναι η χιλιόγραμμο (kg), ενώ η μονάδα βάρους, ή γενικότερα η δύναμη, είναι το Newton (N). Έτσι, ένα άτομο με μάζα 70 κιλών (περίπου 154 λίβρες, ή λίβρα) 1 κιλό = 2,204 λίβρες) θα έχει βάρος (70) (9,8) = 686 Β στη Γη.
Μάζα έναντι βάρους στην καθημερινή ζωή
Η λίβρα είναι στην πραγματικότητα μια μονάδα βάρους, όχι μάζα. Η βασική μονάδα μάζας στο αντίστοιχο αυτοκρατορικό ή βρετανικό σύστημα μονάδων είναι το γυμνοσάλιαγκας, που έχει αχρηστευθεί σε μεγάλο βαθμό. Δεδομένου ότι οι περισσότεροι άνθρωποι χρησιμοποιούν τις κλίμακες τους στη Γη και οι Αμερικανοί θέλουν να γνωρίζουν τη «μάζα» τους σε λίβρες, η βαρύτητα στην πράξη ενσωματώνεται στις ζυγαριές στη Γη.
Επομένως, δεν είναι επιστημονικά σωστό να λέμε "100 κιλά ισούται με 220,4 λίβρες", αλλά αυτό είναι σωστό να πούμε "Μια μάζα 100 κιλών έχει βάρος 220,4 κιλά στη Γη." Λάβετε υπόψη ότι τα περισσότερα Οι ποσότητες εφευρέθηκαν πριν από αιώνες, σε μια εποχή που η βαρύτητα εκτός της Γης δεν άξιζε να υπολογιστεί Για!
Σύντομη Ιστορία Μηχανών Ζύγισης
Ο Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), ο οποίος πιστώνεται για την επινόηση του μαθηματικού πεδίου του λογισμού μαζί με τον Isaac Newton, πιστεύεται επίσης ότι συνέλαβε τις πρώτες συσκευές ζύγισης. Η κατασκευή του μοιάζει πολύ με το αστρολογικό σύμβολο που συνήθως εκπροσωπείται ο Ζυγός: Μια κατακόρυφη θέση με οριζόντια ράβδο στερεωμένη στην κορυφή της από μια κινητή άρθρωση. Από τα άκρα αυτής της οριζόντιας ράβδου αναρτήθηκαν δύο πλάκες επαρκούς σχετικής μάζας για να διατηρηθεί το συγκρότημα σε ισορροπία.
Η ιδιοφυΐα της συσκευής του Leibniz, που ονομάζεται α ισορροπία κεντρικής δέσμης, είναι ότι θα μπορούσε να καθορίσει συγγενής μάζες επισημασμένων αντικειμένων μέσω μιας σειράς προσθηκών και αφαιρέσεων από βότσαλα ή παρόμοια. Από αυτό το σχήμα, ήταν αναπόφευκτο οι θέσεις να επισημανθούν και να εκχωρηθούν αριθμητικές τιμές και ένα εντελώς νέο σύστημα παρακολούθησης ακριβών ποσοτήτων τέθηκε σε λειτουργία.
Στα μέσα του 1750, το πρώτο κλίμακες εκκρεμών εμφανίστηκε και αυτά έγιναν πιο περίπλοκα με την πάροδο του χρόνου καθώς οι εξελίξεις της μηχανικής επέτρεψαν μεγαλύτερη ακρίβεια στη μεταποίηση. Οι ζυγαριές εκκρεμών εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σήμερα σε πολλές μορφές και πολλές είναι εξοπλισμένες με ηλεκτρονικά είδη που επιτρέπουν, για παράδειγμα, τη μετατροπή ενός δεδομένου βάρους σε μια δεδομένη τιμή αγοράς.
Τύποι ζυγών
Η ισορροπία του κέντρου δέσμης, για λόγους που είναι πιθανώς ήδη σαφείς, δεν αποτελεί πλέον μέρος της σύγχρονης επιστήμης ή του εμπορίου από το Pony Express. Χωρίς αυτό το γραφικό μηχάνημα, ωστόσο, δεν θα προέκυπτε καμία από τις κλίμακες στη σύγχρονη χρήση. Μια δειγματοληψία σύγχρονων μηχανών ζύγισης:
Αναλυτική ισορροπία: Αυτό είναι πιθανό να έχετε δει στο εργαστήριο. Απλά τοποθετείτε ένα αντικείμενο πάνω σε μια πλάκα πάνω από τη μονάδα και επιστρέφει μια μάζα (ή, εάν προτιμά ο χρήστης, μια "μάζα" σε αυτοκρατορικές μονάδες όπως ουγγιές ή λίβρες). Αυτά είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε η πλάκα να βρίσκεται σε ηρεμία υπό την επίδραση της βαρύτητας και μόνο, και το μηχάνημα εξισορροπεί αυτό καθορίζοντας εσωτερικά τη δύναμη που απαιτείται για να διατηρηθεί η πλάκα ακίνητη.
Ζυγαριά ΜΠΑΝΙΟΥ: Οι προοδευτικές εξελίξεις στην τεχνολογία έχουν οδηγήσει σε μοντέλα που δεν είναι πλέον τίποτα κοντά σε έναν ομοιόμορφο ορισμό κλίμακας μπάνιου. Τα περισσότερα σήμερα είναι ψηφιακά, αλλά τα αναλογικά μοντέλα «παλιού σχολείου» παραμένουν.
Μετρώντας κλίμακα: Αυτό χρησιμοποιείται για τη ζύγιση πολλαπλών αντικειμένων που είναι γνωστό ότι έχουν ομοιόμορφο βάρος (για παράδειγμα, ρουλεμάν ακριβείας) και εμφανίζουν ένα συνολικό πλήθος κομματιών με βάση το αποτέλεσμα.
Για παράδειγμα, εάν είχατε μια μεγάλη συλλογή διαφορετικών χρωμάτων, αλλά πανομοιότυπων λαστιχένιων σφαιρών, θα μπορούσατε να προσδιορίσετε ακριβώς πόσα είναι στη συλλογή σας φορτώνοντάς τα σε τέτοια κλίμακα και ρυθμίζοντας την παράμετρο εισόδου στη μάζα ενός μπάλα. Έτσι, για ένα σετ από λαστιχένιες μπάλες βάρους 0,125 κιλά και με συνολική μάζα 40 κιλών, το μηχάνημα θα ανταποκριθεί ότι έχετε [40 κιλά / (0,125 κιλά / μπάλα)] = 320 μπάλες στη συλλογή σας.
Κλίμακα γερανού: Αυτές οι ζυγαριές έχουν αναμενόμενη χωρητικότητα 5.000 κιλών (2.279 κιλά) ή περισσότερο, δηλαδή 2,5 τόνους, παρόμοια με τα περισσότερα καθημερινά μηχανοκίνητα οχήματα. Αυτά έχουν σχεδιαστεί για να ζυγίζουν φορτία ταυτόχρονα αναρτώνται πάνω από το έδαφος με γερανό. Αυτό δεν θα ήταν μια προσπάθεια για την απροσεξία!
Μικρο-ισορροπία: Αυτά μπορούν να διαβαστούν σε τιμή 1 μικρογραμμάριο (1 μg) ή καλύτερη. Ένα μικρογραμμάριο είναι το ένα δισεκατομμυριοστό του κιλού, πράγμα που σημαίνει ότι ενώ μάλλον δεν είναι μια μονάδα που έχετε διασταυρώσει με πολλά συνειδητό επίπεδο, είναι μέρος της καθημερινής ζωής για χημικούς, μικροβιολόγους, φαρμακολόγους και πολλούς άλλους επαγγελματίες της επιστήμης.
Ταχυδρομική κλίμακα: Αυτό το είδος συσκευής ζύγισης είναι ένα παράδειγμα μιας κλίμακας υπολογιστών, η οποία εμφανίζει μεταβολές τιμών καθώς προστίθεται ή αφαιρείται μάζα για να ταιριάζει στις ανάγκες των πελατών. Χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του βάρους αποστολής ή των τελών παράδοσης για επιστολές ή δέματα που παραδίδονται από την Ταχυδρομική Υπηρεσία των Ηνωμένων Πολιτειών (USPS) ή από ιδιωτικές ναυτιλιακές εταιρείες.
Κλίμακα οχήματος: Αυτές οι ζυγαριές κατασκευάζονται για ζύγιση μεγάλων φορτηγών, αγροτικών οχημάτων και άλλων μεγάλων βιομηχανικών οχημάτων. Ίσως έχετε δει πινακίδες που λένε "Weigh Station Ahead" εάν έχετε οδηγήσει σε διακρατικούς αυτοκινητόδρομους των ΗΠΑ.
Αυτά χρησιμοποιούνται για την επιβολή κανονισμών ασφαλείας, όπως η διασφάλιση ότι τα οχήματα που χρησιμοποιούν συγκεκριμένους δρόμους δεν υπερβαίνουν τα αναρτημένα όρια βάρους αυτών των δρόμων - κάτι, πάλι, οι περισσότεροι άνθρωποι δεν έχουν την ευκαιρία να κοιτάξουν απο κοντα!