Vaga čini upravo ono što ime sugerira: uravnotežuje dvije stavke. Pomoću njega možete odrediti masu predmeta.
Krenimo kroz način izrade ljestvice uradi sam (DIY) ili ravnoteže i vidjet ćemo kako funkcionira fizički princip koji stoji iza toga.
Kako izraditi model ravnoteže snopa za školske projekte
Za izradu domaće vage za uravnoteženje mase trebat će vam sljedeće:
- Čvrsta greda koja se može odabrati na temelju onoga što ćete vagati. Ako ćete vagati vrlo teške predmete, možda će vam trebati komad drveta za izradu divovske vage za vagu. Vjerojatnije je da ćete htjeti napraviti malu vagu koja se može koristiti za vaganje malih predmeta poput spajalica ili kovanica. Za malu ravnotežu kao snop možete upotrijebiti štapić od popsicle.
- Uporište, koje će podupirati snop u jednoj točki u sredini (ili vrlo blizu jedne točke). Za malu ljestvicu popsicle moglo bi poslužiti klin gume, poput tanke gumice.
- Mali predmeti poznate težine koji će djelovati kao sredstvo za mjerenje mase nepoznatog predmeta.
Da bismo razumjeli svrhu malih predmeta poznate težine, moramo znati kako funkcioniraju vaga ili vaga.
Kako radi vaga snopa?
Fizički princip koji stoji iza vage snopa je okretni moment. Sila primijenjena na snop na određenoj udaljenosti od uporišnog mjesta (koje se naziva poluga poluge), ili točka na kojoj je uravnotežena, stvara moment. Zakretni moment dovodi do rotacijskog gibanja ako su zakretni momenti neuravnoteženi.
Vaga snopa koristi ovaj princip za mjerenje mase ili težine.
Formula zakretnog momenta, τ, je
\ tau = F \ puta r
gdjeFje sila koju primjenjuje objekt, irje poluga poluge. Imajte na umu da je operacija umnožak, što je vektorska operacija, a ne množenje. Unakrsni umnožak neće biti nula ako je neka komponenta sile okomita na polugu poluge.
Jasno je da se za ravnotežu snopa poluga poluge može predstaviti kao vektor koji započinje u uporištu i pokazuje prema kraju snopa. Vektor sile započinje na mjestu gdje se nalazi masa, a paralelan je smjeru gravitacije.
Da biste provjerili ima li ova jednadžba smisla, razmislite o otvaranju vrata. Da biste otvorili vrata, morate povući okomito na vrata. Kad biste se suočili s rubom vrata i pritisnuli ili povukli, vrata ne biste otvorili. Jednadžba zakretnog momenta opisuje upravo te fizičke pojave.
Za dvodimenzionalne probleme formula postaje
\ tau = Fr \ sin {\ theta}
u tom je slučaju izveden presjek, a sinus kuta između smjerova sile i kraka poluge je θ. Kako se kut između sile i poluge poluge približava 0, obrtni moment također ide na 0, što ima smisla.
Povratak na DIY vagu ili vagu
Da bi se vagom odredila masa predmeta, objekt nepoznate mase treba staviti na jedan kraj vage. To će izazvati okretni moment, a vaga će se okretati oko uporišnog mjesta i odmarati se na tlu dok se obrtni moment ne uravnoteži. Pa kako možemo uravnotežiti moment?
Tu su potrebni objekti poznate mase.
Predmete poznate mase možemo polako dodavati na suprotni kraj i početi određivati odgovarajuću silu. Kada je snop uravnotežen, a oba su kraja na jednakoj visini od tla, sile na oba kraja greda su uravnotežene.
Kada se to dogodi, možete zbrojiti ukupnu masu potrebnu za uravnoteženje snopa, koja određuje masu nepoznatog predmeta.
Zapamtite, poluge poluga s obje strane grede trebaju biti potpuno jednake. Ako ne, sile potrebne za uravnoteženje zakretnog momenta neće biti potpuno jednake, a za određivanje nepoznate mase bio bi potreban dodatni proračun.