Tasakaal teeb täpselt seda, mida nimigi ütleb: see tasakaalustab kahte elementi. Ühe abil saate määrata objekti massi.
Vaatame läbi, kuidas teha isetegemise (DIY) skaalat või tasakaalu ning vaatame, kuidas selle taga olev füüsika põhimõte töötab.
Kuidas teha kooliprojektide jaoks kiirgusbilansi mudelit
Isetehtud massibilansi skaala koostamiseks vajate järgmist:
- Tugev tala, mille saab valida selle järgi, mida te kaalute. Kui kaalute väga raskeid esemeid, võib hiiglasliku tasakaalu mõõtmiseks vajada saematerjali. Tõenäoliselt soovite teha väikese kaalu, mida saab kasutada väikeste esemete, näiteks kirjaklambrite või müntide, kaalumiseks. Väikese tasakaalu saavutamiseks võiksite talana kasutada popsicle-pulka.
- Punkt, mis toetab kiiret ühes keskpunktis (või ühe punkti lähedal). Väikese popsicle-skaala jaoks võib kummi kiilu, näiteks õhuke kustutuskumm, kasutamine sobida.
- Väikesed teadaoleva kaaluga esemed toimivad tundmatu eseme massi mõõtmise vahendina.
Tuntud kaaluga väikeste objektide otstarbe mõistmiseks peame teadma, kuidas tasakaal või skaala töötab.
Kuidas toimib kiire tasakaal?
Kiire tasakaalu aluseks olev füüsiline põhimõte on pöördemoment. Kiire, mis rakendati kiirele mõnest kaugusest tugipunktist (mida nimetatakse kangivarreks) või punktis, kus see on tasakaalustatud, tekitab pöördemomendi. Pöördemoment põhjustab pöördliikumist, kui pöördemomendid on tasakaalustamata.
Kiire tasakaal kasutab seda põhimõtet massi või kaalu mõõtmiseks.
Pöördemomendi valem τ on
\ tau = F \ korda r
kusFon objekti rakendatav jõud jaron kangivarras. Pange tähele, et toiming on ristprodukt, mis on vektoroperatsioon, mitte korrutamine. Ristprodukt on nullist erinev vaid siis, kui jõu mõni komponent on kangivarrega risti.
On selge, et valguskiire tasakaalustamiseks saab kangivarre kujutada vektorina, mis algab tugipunktist ja osutab tala otsa suunas. Jõuvektor algab massi paiknemise kohast ja on paralleelne raskussuunaga.
Mõelge ukse avamisest, et kontrollida, kas sellel võrrandil on mõtet. Ukse avamiseks peate tõmbama ukse suhtes risti. Kui peaksite seisma ukse serva poole ja suruma või tõmbama, siis te ei avaks ust. Pöördemomendi võrrand kirjeldab täpselt neid füüsikalisi nähtusi.
Kahemõõtmeliste probleemide korral valem muutub
\ tau = Fr \ sin {\ theta}
sel juhul on läbi viidud risttoode ning jõu suundade ja kangivarre vahelise nurga siinus on θ. Kui jõu ja kangivarre vaheline nurk läheneb 0-le, läheb pöördemoment ka 0-ni, mis on mõistlik.
Tagasi isetegemise skaala või tasakaalu juurde
Tasakaalu kasutamiseks eseme massi määramiseks tuleks tundmatu massiga objekt asetada kaalu ühte otsa. See kutsub esile pöördemomendi ja tasakaal pöörleb tugipunkti ümber ja toetub maapinnale, kuni pöördemoment on tasakaalus. Kuidas siis pöördemomenti tasakaalustada?
Siin on vaja teadaoleva massiga objekte.
Võime aeglaselt lisada teadaoleva massiga esemeid vastassuunas ja hakata määrama sobivat jõudu. Kui kiir on tasakaalus ja mõlemad otsad on maapinnast võrdsel kõrgusel, on tala mõlema otsa jõud tasakaalustatud.
Kui see juhtub, saate liita kogu massi, mida kulus kiirte tasakaalustamiseks, mis määrab tundmatu objekti massi.
Pidage meeles, et tala mõlemal küljel olevad hoovad peaksid olema täpselt võrdsed. Kui ei, siis ei ole pöördemomendi tasakaalustamiseks vajalikud jõud täpselt võrdsed ja tundmatu massi määramiseks on vaja täiendavaid arvutusi.