Τι είναι ένας μετρητής δύναμης;

Αναμφίβολα έχετε ακούσει τη λέξη "δύναμη" που χρησιμοποιείται με κάθε είδους τρόπο, οι περισσότεροι από τους οποίους είναι κακώς ορισμένοι ("δύναμη πεδίου", "δύναμη μαγνητικού πεδίου") ή άσχετο με τη φυσική επιστήμη ("δύναμη παιχνιδιού", "μάχη δύναμη.")

Μια δύναμη στη φυσική είναι οτιδήποτε λειτουργεί για να επιταχύνει κάτι με μάζα. Υπάρχουν διάφορες εξισώσεις που σχετίζονται με τη δύναμη με άλλες ποσότητες, όπως η εργασία, η πίεση και η ενέργεια, αλλά η πιο βασική είναιF = μα, που δηλώνει ότι μια μάζαΜβιώνει μια επιτάχυνσηέναόταν υποβάλλεται σε καθαρή δύναμηφά, ενεργώντας σε καθορισμένη κατεύθυνση με καθορισμένο μέγεθος.

Επειδή η γνώση των συγκεκριμένων τιμών των δυνάμεων είναι απαραίτητη στη μηχανική και σε άλλες βιομηχανίες σε όλο τον κόσμο, τα εργαλεία για τον ακριβή προσδιορισμό της δύναμης είναι εύκολο να ληφθούν.

Η μονάδα δύναμης SI (μετρικό) είναι το Newton (N), ενώ οι μονάδες μάζας και επιτάχυνσης SI είναι κιλά (kg) και μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετραγωνικά (m / s²). Έτσι το Ν είναι μια παράγωγη μονάδα και μεταφράζεται σε kg m / s².

Δεδομένου ότι οποιοδήποτε βαρυτικό πεδίο τείνει να επιταχύνει όλες τις μάζες που μπορεί να φτάσει, το αποτέλεσμα είναι αυτό που οι άνθρωποι ονομάζουν βάρος σε καθημερινές συνθήκες. Έτσι, μια κλίμακα νοικοκυριού ή health-club είναι ένας μετρητής δύναμης των ειδών, γιατί ενώ είναιοθόνεςη μάζα σας σε κιλά (ή το ισοδύναμο βάρος σας σε λίβρες) στην πραγματικότηταμέτρατο βάρος σας ως αποτέλεσμα της βαρύτητας, στη Γη ίση με 9,81 m / s².

Οι περισσότεροι μετρητές δύναμης που είναι πιθανό να συναντήσετε επωφελούνται από μια αρχή που ονομάζεται νόμος του Hooke, που πήρε το όνομά του από τον Robert Hooke, του οποίου το έργο κατά τη δεκαετία του 1600, η ​​φυσική, η χημεία, η βιολογία και σχεδόν όλα τα άλλα πεδία έρευνας κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ταχείας επιστημονικής πρόοδος.

Ο νόμος αναφέρει ότι η δύναμη που απαιτείται για να τεντώσει ένα ελαστικό υλικό (όπως ένα ελατήριο) μια δεδομένη απόσταση είναι ανάλογη με την απόσταση που τεντώνεται το ελατήριο από το σημείο ισορροπίας του:

Το αρνητικό σημάδι σημαίνει ότι η δύναμηαντιτίθεταιτο τέντωμα, που είναι ίσο σε μέγεθος αλλά ακριβώς απέναντι σε απόσταση.

Ο νόμος του Hooke έχει εφαρμοστεί σε κάθε τομέα της μηχανικής και των κατασκευών που μπορείτε να ονομάσετε ή ακόμα και να φανταστείτε. Στις πρώτες μέρες του ρολογιού, τα ελατήρια ήταν απαραίτητα για τη διασφάλιση της ακριβούς λειτουργίας, καθώς η χρονομέτρηση του 17ου και του 18ου αιώνα δεν ήταν ακόμη θέμα συγχρονισμού GPS.

Ο νόμος του Hooke επικαλέστηκε την κατασκευή μανόμετρων (μετρητών πίεσης), εξοπλισμού στον κόσμο ακουστική και σεισμικότητα, καθώς, καθώς εξελίσσεται ο 21ος αιώνας, και σε εφαρμογές νανοτεχνολογίας. Αλλά η χρησιμότητά του σε έναν απλό μετρητή δύναμης είναι ίσως ο ευκολότερος τρόπος για να το εξηγήσουμε ακόμη και σήμερα.

Ο νόμος του Hooke μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ελατήριο σε μια οριζόντια επιφάνεια, έτσι ώστε η δύναμη που ασκείται στο αντικείμενο από τη βαρύτητα να εξισορροπείται από την ανοδική δύναμη της επιφάνειας (η κανονική δύναμη). Εάν η δύναμη που απαιτείται για το τέντωμα του ελατηρίου 1,5 m είναι 300 N, μπορείτε να υπολογίσετεκστο νόμο του Hooke, τοσταθερά του ελατηρίου​:

ΕΝΑμετρητής δύναμηςΑντίθετα, είναι ένα κατακόρυφο κατασκεύασμα, και έχει ένα ελατήριο που βαθμονομείται έτσι ώστε να υφίσταται μάζα Η βαρύτητα της Γης θα μετακινήσει το ελατήριο προς τα κάτω από τη θέση ηρεμίας (ισορροπία) από μια γνωστή, σταθερή ποσό. Έτσι, μια μάζα 10 kg είναι γνωστό ότι έχει βάρος (1 kg) (9,81 m / s)²) = 98,1 N, και ο μετρητής δύναμης μπορεί να φέρει ετικέτα σύμφωνα με αυτήν την αρχή.

Σημειώστε ότι για να τεντώσετε ένα ελατήριο ή οποιοδήποτε ελαστικό αντικείμενο διπλάσια από την απόσταση που έχει ήδη τεντωθεί, πρέπει να ασκηθεί διπλάσια δύναμη και ούτω καθεξής, όπως υπαγορεύεται από τον νόμο του Hooke. Στην πραγματικότητα, κανένα υλικό δεν είναι απόλυτα ελαστικό και όλα τα ελατήρια διασπώνται, είτε «φθείρονται» είτε σπάζουν τραυματικά υπό επαρκή πίεση ή πίεση.