Quasi tutti sono stati su una bilancia; alcune persone controllano il loro peso ogni giorno per motivi di salute o atletici, mentre altri fanno un uso maggiore di dispositivi di pesatura al supermercato, al lavoro o come parte di un'istruzione scientifica completa.
Spesso le bilance sono accusate di non essere corrette, e giustamente; questi dispositivi sono soggetti a notevoli sollecitazioni meccaniche in relazione alle loro dimensioni, soprattutto nel caso dei cosiddetti bagni o bilance domestiche, e non ci vuole molto per mettere in disordine le parti della bilancia anche se sono costruite correttamente e calibrato.
Hai mai pensato a come una bilancia "sa" anche quanta massa è stata aggiunta ad essa? In che modo questi dispositivi, qualunque sia il loro funzionamento interno, rimangono accurati nel tempo? E cosa c'è con l'affermazione che "il peso non è la stessa massa" quando è chiaro da uno sguardo al mondo commerciale che chilogrammi e libbre sono spesso trattati come unità diverse dello stesso fisico quantità?
Peso e massa definiti
Massa è una misura della materia in sé, la quantità di "roba" presente in un campione. Un modo per concepire la massa è che ha intertia, il che significa che se non si muove, l'energia deve essere aggiunta a il sistema per farlo muovere, mentre se è già in movimento bisogna aggiungere energia per rallentarlo o fermarlo a titolo definitivo. L'intuizione ti dice che più un oggetto è massiccio, più è difficile convincerlo a muoversi da fermo o fermarsi quando è in movimento.
Peso è la massa moltiplicata per g, l'accelerazione prodotta dalla gravità. Sulla Terra, il generalmente usato g il valore è 9,8 metri al secondo quadrato (m/s2), mentre sulla luna è considerevolmente minore e su Giove è molto maggiore perché questi corpi hanno masse rispettivamente più piccole e più grandi della Terra. Il risultato è che la stessa massa avrà un peso diverso se posta in un campo gravitazionale più forte o più debole.
Nel sistema SI di unità (il sistema metrico o internazionale), l'unità base della massa è il chilogrammo (kg), mentre l'unità di peso, o più in generale di forza, è il newton (N). Quindi una persona con una massa di 70 kg (circa 154 libbre o libbre; 1 kg = 2.204 libbre) avrà un peso di (70)(9,8) = 686 N sulla Terra.
Massa contro peso nella vita di tutti i giorni
La libbra è in realtà un'unità di peso, non di massa. L'unità radice della massa nel corrispondente sistema di unità imperiale, o britannico, è la lumaca, che è caduto in gran parte in disuso. Poiché la maggior parte degli umani usa la bilancia sulla Terra e gli americani vogliono conoscere la loro "massa" in libbre, la gravità in effetti è incorporata nelle bilance sulla Terra.
Non è quindi scientificamente corretto dire "100 chilogrammi equivalgono a 220,4 libbre", ma è è corretto dire "Una massa di 100 chilogrammi ha un peso di 220,4 libbre sulla Terra". Tieni presente che la maggior parte le quantità sono state inventate secoli fa, in un'epoca in cui la gravità oltre a quella terrestre non valeva la pena di essere contabilizzata per!
Una breve storia delle bilance
Si ritiene che anche Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), a cui è attribuito il merito di aver co-inventato il campo matematico del calcolo insieme a Isaac Newton, abbia ideato i primi dispositivi di pesatura. La sua costruzione era molto simile al segno zodiacale che la Bilancia è solitamente rappresentato: un palo verticale con una barra orizzontale fissata alla sommità da un giunto mobile. Alle estremità di questa barra orizzontale erano sospese due piastre di massa relativa sufficiente a mantenere in equilibrio l'insieme.
Il genio del dispositivo di Leibniz, chiamato a bilanciamento del raggio centrale, è che potrebbe determinare parente masse di oggetti etichettati attraverso una serie di addizioni e sottrazioni di ciottoli o simili. Da questo schema era inevitabile che le posizioni fossero segnate e assegnate a valori numerici, e fu messo in gioco un sistema tutto nuovo di tenere traccia precisa delle quantità.
A metà degli anni 1750, il primo bilancia a pendolo apparvero, e questi divennero più elaborati nel tempo man mano che gli sviluppi ingegneristici consentivano una maggiore precisione nella produzione. Le bilance a pendolo sono ancora utilizzate oggi in molte forme e molte sono dotate di dispositivi elettronici che consentono, ad esempio, la conversione di un dato peso in un determinato prezzo di acquisto.
Tipi di bilance
Il bilanciamento del raggio centrale, per ragioni che probabilmente sono già chiare, non fa parte della scienza moderna o del commercio più di quanto lo sia il Pony Express. Senza questa macchina ormai bizzarra, però, nessuna delle bilance di uso moderno sarebbe sorta. Un campionario di moderne pesatrici:
Bilancio analitico: Questo è ciò che probabilmente avrai visto in laboratorio. Posiziona semplicemente un oggetto su un piatto sopra l'unità e restituisce una massa (o, se l'utente preferisce, una "massa" in unità imperiali come once o libbre). Questi sono costruiti in modo che la lastra sia a riposo sotto l'influenza della sola gravità, e la macchina bilancia questo determinando internamente la forza necessaria per mantenere la lastra esattamente ferma.
Bilancia: I progressivi progressi tecnologici hanno portato a modelli che non sono più vicini a una definizione uniforme di bilancia da bagno. La maggior parte oggi sono digitali, ma i modelli analogici "vecchia scuola" persistono.
Bilancia di conteggio: Viene utilizzato per pesare più oggetti noti per avere un peso uniforme (ad esempio, cuscinetti a sfere di precisione) e visualizzare un conteggio pezzi totale in base al risultato.
Ad esempio, se avessi una vasta collezione di palline di gomma di colore diverso ma per il resto identiche, potresti determinare esattamente quanti ce ne sono nella tua collezione caricandoli su una tale scala e impostando il parametro di input sulla massa di uno palla. Quindi per un set di palline di gomma del peso di 0,125 kg ciascuna e con una massa totale di 40 kg, la macchina risponderà che hai [40 kg/(0,125 kg/palla)] = 320 palline nella tua collezione.
Bilancia per gru: Queste bilance hanno una capacità prevista di 5.000 libbre (2.270 kg) o più, ovvero 2,5 tonnellate, simile alla maggior parte dei veicoli a motore di tutti i giorni. Questi sono progettati per pesare carichi mentre vengono sospesi dal suolo da una gru. Questo non sarebbe uno sforzo per i disattenti!
Microbilancia: Questi possono essere letti a un valore di 1 microgrammo (1µg) o migliore. Un microgrammo è un miliardesimo di chilogrammo, il che significa che anche se probabilmente non è un'unità hai intersecato molto su un livello cosciente, fa parte della vita quotidiana di chimici, microbiologi, farmacologi e molti altri professionisti della scienza.
Scala postale: Questo tipo di dispositivo di pesatura è un esempio di bilancia informatica, che visualizza le variazioni di prezzo man mano che la massa viene aggiunta o rimossa in base alle esigenze del cliente. Viene utilizzato per determinare il peso di spedizione o le spese di consegna per lettere o pacchi consegnati dal servizio postale degli Stati Uniti (USPS) o da società di spedizioni private.
Scala del veicolo: Queste bilance sono costruite per pesare grandi camion, veicoli agricoli e altri grandi veicoli industriali. Probabilmente hai visto cartelli che dicono "Weigh Station Ahead" se hai guidato sulle autostrade interstatali degli Stati Uniti.
Questi sono usati per far rispettare le norme di sicurezza, come garantire che i veicoli che utilizzano determinate strade non superino i limiti di peso indicati su quelle strade – qualcosa che, ancora una volta, la maggior parte delle persone non ha occasione di osservare da vicino!