Peaaegu kõik on olnud kaalukausil; mõned inimesed kontrollivad oma kehakaalu iga päev tervise- või sportlikel eesmärkidel, teised aga kasutavad kaalukausse rohkem supermarketis, töökohal või tervikliku loodusteadusliku hariduse raames.
Sageli süüdistatakse kaalusid vales ja õigustatult; need seadmed on nende suuruse suhtes märkimisväärsel mehaanilisel pingel, eriti nn vannitoa või majapidamiskaalud ja kaalukaussi osade segadusse ajamine ei nõua palju, isegi kui need on korralikult ehitatud ja kalibreeritud.
Kas olete kunagi mõelnud, kuidas skaala üldse "teab", kui palju massi on sellele lisatud? Kuidas need seadmed, olenemata nende sisemisest toimimisest, püsivad aja jooksul täpsed? Ja mis on väitega, et "kaal ei ole sama mass", kui see on silmapilgust selge kommertsmaailmas, kus kilogramme ja naelu koheldakse sageli sama füüsilise üksuste erinevana kogus?
Kaal ja mass määratletud
Mass on aine per se mõõt, proovis oleva "kraami" kogus. Üks võimalus massi ette kujutada on see, et sellel on intertia, mis tähendab, et kui see ei liigu, tuleb lisada energiat süsteemi liikuma panemiseks, kui aga see juba liigub, tuleb selle aeglustamiseks või peatamiseks lisada energiat otse. Intuitsioon ütleb teile, et mida massiivsem objekt on, seda raskem on kas puhkuselt liikuma asuda või liikumisel peatuda.
Kaal on mass korrutatud g, raskusjõu tekitatud kiirendus. Maal üldiselt kasutatavad g väärtus on 9,8 meetrit sekundis ruudus (m / s2), kusjuures Kuul on seda tunduvalt vähem ja Jupiteril palju rohkem, kuna nende kehade massid on vastavalt väiksemad ja suuremad kui Maal. Ülevaade seisneb selles, et samal massil on tugevamale või nõrgemale gravitatsiooniväljale asetatuna erinev kaal.
SI ühikute süsteemis (meetriline või rahvusvaheline süsteem) on massi baasühik kilogramm (kg), samas kui kaaluühik või laiemalt jõu jõud on newton (N). Seega inimene, kelle mass on 70 kg (umbes 154 naela ehk lb; 1 kg = 2,204 naela) kaal on Maal (70) (9,8) = 686 N.
Mass versus kaal igapäevaelus
Nael on tegelikult kaaluühik, mitte mass. Massi juurühik vastavas imperiaalses ehk Briti ühikute süsteemis on nälkjas, mis on suures osas kasutuseta jäänud. Kuna enamik inimesi kasutab oma kaalusid Maal ja ameeriklased tahavad teada nende "massi" naeltes, on tegelik gravitatsioon integreeritud Maa kaaludesse.
Seetõttu pole teaduslikult õige öelda, et "100 kilogrammi võrdub 220,4 naelaga", kuid see on nii on õige öelda: "100-kilogrammise massi kaal on Maal 220,4 naela." Pidage meeles, et enamik kogused leiutati sajandeid tagasi, ajal, mil gravitatsioon peale Maa ei olnud väärt arvestamist eest!
Kaalumasinate lühiajalugu
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), kellele loetakse koos Isaac Newtoniga ka matemaatilise välja arvutamist, on esimesed kaalumisseadmed välja töötanud. Tema konstruktsioon sarnanes tavaliselt astroloogilise tähisega Kaalud: vertikaalne post, mille horisontaalse vardaga on selle ülaosale kinnitatud liikuv liigend. Selle horisontaalse varda otstest riputati kaks piisava suhtelise massiga plaati, et komplekt oleks tasakaalus.
Leibnizi seadme geenius, mida nimetatakse a kesktala tasakaal, on see, et see võiks kindlaks teha sugulane märgistatud objektide massid läbi kivikeste vms liitmise ja lahutamise seeria. Sellest skeemist lähtuvalt oli vältimatu, et positsioonid märgistati ja neile määrati arvväärtused ning mängiti täiesti uut koguste täpse jälgimise süsteemi.
1750. aastate keskel esimene pendli kaalud ilmus ja need muutusid aja jooksul keerukamaks, kuna inseneriarendused võimaldasid tootmisel suuremat täpsust. Pendli kaalusid kasutatakse tänapäevalgi mitmel kujul ja paljud on varustatud elektroonikaga, mis võimaldab näiteks kaal kaaluda ümber antud ostuhinnaks.
Kaalude tüübid
Kesktala tasakaal tõenäoliselt juba selgetel põhjustel pole enam moodsa teaduse ega kaubanduse osa kui Pony Express. Ilma selle nüüdseks omapärase masinata poleks tänapäevases kasutuses olnud ühtegi kaalust tekkinud. Proovivõtt kaasaegsetest kaalumismasinatest:
Analüütiline kaal: Seda olete tõenäoliselt laboris näinud. Asetate eseme lihtsalt ühiku kohale plaadile ja see tagastab massi (või kui kasutaja soovib, siis "massi" imperaatori ühikutes, näiteks untsides või naelades). Need on ehitatud nii, et plaat on puhkeolekus ainult gravitatsiooni mõjul ja masin tasakaalustab selle, määrates sisemiselt plaadi täpselt paigal hoidmiseks vajaliku jõu.
Vannitoa skaala: Tehnoloogia progressiivse arengu tulemuseks on mudelid, mis pole enam vannitoaskaala ühtse määratluse lähedased. Enamik on tänapäeval digitaalsed, kuid "vana kooli" analoogmudelid püsivad.
Loendusskaala: Seda kasutatakse mitme ühtse kaaluga eseme kaalumiseks (näiteks täppis-kuullaagrid) ja tulemuste põhjal tükkide koguarvu kuvamiseks.
Näiteks kui teil oleks suur kollektsioon erivärvilisi, kuid muidu identseid kummikuule, võiksite selle kindlaks teha täpselt, kui palju neid teie kollektsioonis on, laadides need sellisele skaalale ja määrates sisendparameetri ühe massini pall. Seega vastab kummipallide komplekt, mis kaalub 0,125 kg tükk ja mille kogumass on 40 kg, masin, et teie kollektsioonis on [40 kg / (0,125 kg / kuul)] = 320 palli.
Kraana skaala: Nende kaalude eeldatav kandevõime on 5000 naela (2270 kg) või rohkem, mis on 2,5 tonni, sarnaselt enamiku igapäevaste mootorsõidukitega. Need on mõeldud koormate kaalumiseks samal ajal, kui need on kraana abil maapinnast kõrgemal riputatud. See ei oleks tähelepanematu ettevõtmine!
Mikrotasakaal: Neid saab lugeda väärtuseni 1 mikrogramm (1 ug) või parem. Mikrogramm on üks miljardik kilogramm, mis tähendab, et kuigi see pole tõenäoliselt üksus, millega olete palju teadlikul tasemel, see on keemikute, mikrobioloogide, farmakoloogide ja paljude teiste teaduse spetsialistide igapäevaelu osa.
Posti skaala: Selline kaalumisseade on näide arvutusskaalast, mis kuvab hinna muutusi massi lisamisel või eemaldamisel vastavalt kliendi vajadustele. Seda kasutatakse Ameerika Ühendriikide postiteenistuse (USPS) või eraõiguslike laevakompaniide tarnitavate kirjade või pakkide saatekulu või kättetoimetamistasude määramiseks.
Sõiduki skaala: Need kaalud on mõeldud suurte veoautode, põllumajandusmasinate ja muude suurte tööstuslike sõidukite kaalumiseks. Tõenäoliselt olete näinud silte, mis ütlevad "Kaaluge jaama ette", kui olete sõitnud USA riikidevahelistel maanteedel.
Neid kasutatakse ohutuseeskirjade jõustamiseks, näiteks selleks, et teatud teid kasutavate sõidukite arv ei ületaks nende teede postitatud kaalupiirangud - jällegi pole enamikul inimestel võimalust piiluda tihedalt!