Kuinka tehdä tasapainoasteikko

Tasapaino tekee juuri sen, mitä nimestä voi päätellä: se tasapainottaa kaksi kohdetta. Käyttämällä yhtä voit määrittää kohteen massa.

Käydään läpi miten tehdä do-it-yourself (DIY) asteikko tai tasapaino ja nähdä, miten fysiikan periaate toimii.

Tarvitset seuraavat, jotta voit tehdä kotitekoisen massataseen asteikon:

• Tukeva palkki, joka voidaan valita sen mukaan, mitä punnitset. Jos punnitset erittäin painavia esineitä, saatat tarvita pala puutavaraa jättimäisen vaaka-asteikon tekemiseen. Todennäköisemmin haluat tehdä pienen vaa'an, jolla voidaan punnita pieniä esineitä, kuten paperiliittimiä tai kolikoita. Pienessä tasapainossa voit käyttää popsicle-keppiä palkkina.
• Tukipiste, joka tukee sädettä yhdessä kohdassa keskellä (tai hyvin lähellä yhtä pistettä). Pienessä popsicle-asteikossa kumin kiilan käyttö, kuten ohut pyyhekumi, voisi toimia.
• Pienet esineet, joiden paino on tiedossa, toimivat keinona mitata tuntemattoman kohteen massa.

Tunnettujen painoisten pienten esineiden tarkoituksen ymmärtämiseksi meidän on tiedettävä, miten vaaka tai vaaka toimii.

Säteen tasapainon fyysinen periaate on vääntömomentti. Palkkiin kohdistettu voima tietyllä etäisyydellä tukipisteestä (jota kutsutaan vipuvarreksi) tai piste, jossa se on tasapainossa, tuottaa vääntömomentin. Vääntömomentti saa aikaan pyörimisliikkeen, jos vääntömomentit ovat epätasapainossa.

Säteen tasapainossa käytetään tätä periaatetta massan tai painon mittaamiseen.

Vääntömomentin kaava τ on

missäFon kohteen käyttämä voima jaron vipuvarsi. Huomaa, että operaatio on ristitulo, joka on vektoritoiminto, eikä kertolasku. Ristitulo on nollasta poikkeava vain, jos jokin voiman osa on kohtisuorassa vipuvarteen nähden.

On selvää, että säteen tasapainoa varten vipuvarsi voidaan esittää vektorina, joka alkaa tukipisteestä ja osoittaa kohti palkin päätä. Voimavektori alkaa massan sijaintipaikasta ja on yhdensuuntainen painovoiman suunnan kanssa.

Ajattele oven avaamista tarkistaaksesi, onko tällä yhtälöllä järkevää. Oven avaamiseksi sinun on vedettävä kohtisuoraan oveen. Jos kohtaat oven reunaa ja työnnät tai vedät, et avaisi ovea. Vääntömomentin yhtälö kuvaa tarkalleen fyysisiä ilmiöitä.

Kaksiulotteisissa ongelmissa kaava muuttuu

missä tapauksessa ristitulo on suoritettu ja voiman suuntien ja vipuvarren välisen kulman sinimuoto on θ. Kun voiman ja vivun välinen kulma lähestyy 0, vääntömomentti menee myös 0: een, mikä on järkevää.

Jotta vaakaa voidaan käyttää kohteen massan määrittämiseen, tuntemattoman massainen esine tulisi sijoittaa vaa'an toiseen päähän. Tämä aiheuttaa vääntömomentin ja tasapaino pyörii tukipisteen ympäri ja lepää maassa, kunnes vääntömomentti on tasapainossa. Joten miten voimme tasapainottaa vääntömomentin?

Täällä tarvitaan tunnetun massan esineitä.

Voimme hitaasti lisätä tunnetun massan esineitä vastakkaiseen päähän ja alkaa määrittää sopiva voima. Kun palkki on tasapainossa ja molemmat päät ovat tasaisessa korkeudessa maasta, palkin molemmissa päissä olevat voimat ovat tasapainossa.

Kun näin tapahtuu, voit laskea yhteen säteen tasapainottamiseen tarvittavan kokonaismassan, joka määrittää tuntemattoman kohteen massan.

Muista, että palkin molemmin puolin olevien vipuvarsien tulisi olla täsmälleen samat. Jos ei, vääntömomentin tasapainottamiseen tarvittavat voimat eivät ole täsmälleen samat, ja tuntemattoman massan määrittämiseksi tarvitaan lisälaskelmat.