A mérleg pontosan azt teszi, amit a neve sugall: két elemet egyensúlyoz. Az egyik használatával meghatározhatja az objektum tömegét.
Nézzük át, hogyan lehet elkészíteni a barkácsolás (DIY) skálát vagy egyensúlyt, és megnézzük, hogyan működik a mögöttes fizikai elv.
Hogyan készítsünk fénysugár-egyensúly modellt iskolai projektekhez
A házi tömegmérleg skálájának elkészítéséhez a következőkre lesz szükség:
- Erős gerenda, amely kiválasztható a mérés alapján. Ha nagyon nehéz tárgyakat mér, akkor szükség lehet egy darab fára, hogy óriási mérleget készítsen. Valószínűbb, hogy egy kis mérleget szeretne készíteni, amelyet kis tárgyak, például gemkapcsok vagy érmék lemérésére lehet használni. Kis egyensúly érdekében használhatsz egy popsicle botot gerendaként.
- Támaszpont, amely a nyalábot középen egyetlen ponton fogja támogatni (vagy nagyon közel egy ponthoz). Egy kis popsicle mérleg esetén a gumi ék, például egy vékony radír használata megfelelő lehet.
- Az ismert tömegű apró tárgyak az ismeretlen tárgy tömegének mérésére szolgálnak.
Ahhoz, hogy megértsük az ismert súlyú kis tárgyak célját, tudnunk kell, hogyan működik az egyensúly vagy a mérleg.
Hogyan működik a sugármérleg?
A nyalábegyensúly fizikai alapelve a nyomaték. A nyalábra a támaszponttól bizonyos távolságban (amelyet karnak hívnak) vagy annak kiegyensúlyozási pontján kifejtett erő nyomatékot produkál. A nyomaték rotációs mozgást eredményez, ha a nyomatékok kiegyensúlyozatlanok.
A nyalábmérleg ezt az elvet használja a tömeg vagy tömeg mérésére.
A nyomaték képlete, τ,
\ tau = F \ -szeres r
holFa tárgy által kifejtett erő, ésra kar kar. Vegye figyelembe, hogy a művelet kereszttermék, amely vektor művelet, és nem szorzás. A kereszttermék csak akkor lesz nulla nélküli, ha az erő valamelyik része merőleges a karra.
Nyilvánvaló, hogy a nyalábegyensúly esetében a kart lehet vektorként ábrázolni, amely a támaszpontnál kezdődik és a nyaláb vége felé mutat. Az erővektor a tömeg elhelyezkedésénél kezdődik, és párhuzamos a gravitáció irányával.
Annak ellenőrzéséhez, hogy van-e értelme ennek az egyenletnek, gondoljon arra, hogy kinyit egy ajtót. Az ajtó kinyitásához merőlegesen kell húzódnia az ajtóra. Ha szembe kellene néznie az ajtó szélével, és nyomja vagy húzza, akkor nem nyitja ki az ajtót. A nyomatékegyenlet pontosan leírja azokat a fizikai jelenségeket.
Kétdimenziós problémák esetén a képlet azzá válik
\ tau = Fr \ sin {\ theta}
ebben az esetben a keresztprodukciót hajtották végre, és az erő irányai és a kar karja közötti szög szinusa θ. Amint az erő és a kar karja közötti szög 0-hoz közelít, a nyomaték szintén 0-ra megy, aminek van értelme.
Vissza a barkácsmérleghez vagy -mérleghez
Annak érdekében, hogy a mérleg segítségével meghatározzuk egy tárgy tömegét, az ismeretlen tömegű tárgyat a mérleg egyik végére kell helyezni. Ez nyomatékot vált ki, és az egyensúly a támaszpont körül forog és a földön nyugszik, amíg a nyomaték kiegyenlítődik. Tehát hogyan tudjuk egyensúlyba hozni a nyomatékot?
Itt van szükség ismert tömegű tárgyakra.
Lassan hozzáadhatjuk az ismert tömegű tárgyakat az ellenkező végéhez, és elkezdhetjük meghatározni a megfelelő erőt. Ha a gerenda kiegyensúlyozott, és mindkét vége azonos magasságban van a talajtól, a gerenda mindkét végén lévő erők kiegyensúlyozottak.
Amikor ez megtörténik, összeadhatja a nyaláb kiegyensúlyozásához szükséges teljes tömeget, amely meghatározza az ismeretlen tárgy tömegét.
Ne feledje, hogy a gerenda mindkét oldalán lévő karoknak pontosan egyenlőknek kell lenniük. Ha nem, akkor a nyomaték kiegyensúlyozásához szükséges erők nem lesznek pontosan azonosak, és további számításokra lenne szükség az ismeretlen tömeg meghatározásához.