איזון עושה בדיוק את מה שהשם מרמז: הוא מאזן בין שני פריטים. באמצעות אחד כזה, אתה יכול לקבוע את המסה של אובייקט.
בואו נעבור כיצד ליצור סולם או איזון של עשה זאת בעצמך (DIY) ונראה כיצד עובד עקרון הפיזיקה שעומד מאחוריו.
כיצד להכין מודל איזון קרן עבור פרויקטים בבתי ספר
תצטרך את הדברים הבאים כדי ליצור את סולם האיזון ההמוני הביתי שלך:
- קרן יציבה, אותה ניתן לבחור על סמך מה שתשקלו. אם תשקלו חפצים כבדים מאוד, יתכן שתזדקקו לפיסת עץ כדי ליצור סולם איזון ענק. סביר יותר להניח שתרצה להכין איזון קטן שבאמצעותו ניתן לשקול חפצים קטנים כמו אטבים או מטבעות. לקבלת איזון קטן, אתה יכול להשתמש במקל ארטיק כקורה.
- נקודת משען, שתתמוך בקורה בנקודה אחת באמצע (או קרוב מאוד לנקודה אחת). עבור סולם קטן של ארטיק, באמצעות טריז גומי, כמו מחק דק, יכול לעבוד.
- חפצים קטנים במשקל ידוע שישמשו כאמצעי למדידת המסה של האובייקט הלא ידוע.
על מנת להבין את מטרתם של העצמים הקטנים במשקל הידוע, עלינו לדעת כיצד פועל איזון או סולם.
איך מאזן קרן עובד?
העיקרון הפיזי מאחורי איזון קרן הוא מומנט. כוח המופעל על הקורה במרחק כלשהו מנקודת המשען (הנקראת זרוע המנוף), או הנקודה בה היא מאוזנת, מייצר מומנט. מומנט מוליד תנועה סיבובית אם המומנטים אינם מאוזנים.
איזון קרן משתמש בעקרון זה למדידת מסה או משקל.
הנוסחה למומנט, τ, היא
\ tau = F \ times r
איפהFהוא הכוח המופעל על ידי האובייקט, ורהוא זרוע המנוף. שימו לב שהפעולה היא תוצר צולב, שהוא פעולה וקטורית, ולא כפל. המוצר הצולב יהיה לא אפס רק אם רכיב כלשהו בכוח ניצב לזרוע המנוף.
ברור שעבור איזון קרן, ניתן לייצג את זרוע המנוף כווקטור שמתחיל בנקודת המשען ומצביע לקראת סוף הקורה. וקטור הכוח מתחיל בנקודה בה נמצאת המסה, והיא מקבילה לכיוון הכבידה.
כדי לבדוק אם משוואה זו הגיונית, חשוב לפתוח דלת. על מנת לפתוח את הדלת עליכם למשוך בניצב לדלת. אם היית פונה לקצה הדלת ודוחף או מושך, לא היית פותח את הדלת. המשוואה למומנט מתארת בדיוק את התופעות הפיזיקליות.
לבעיות דו ממדיות הנוסחה הופכת להיות
\ tau = Fr \ sin {\ theta}
במקרה זה התוצר הצולב בוצע, וסינוס הזווית בין כיווני הכוח לזרוע המנוף הוא θ. כאשר הזווית בין הכוח לזרוע המנוף מתקרבת ל 0, המומנט הולך גם ל 0, וזה הגיוני.
חזרה לסולם DIY או לאיזון
על מנת להשתמש באיזון לקביעת המסה של אובייקט, יש למקם את האובייקט בעל המסה הלא ידועה בקצה אחד של המאזן. זה יביא למומנט והאיזון יסתובב סביב נקודת המשען ונח על הקרקע עד לאיזון המומנט. אז איך נוכל לאזן את המומנט?
זה המקום שבו יש צורך באובייקטים של המסה הידועה.
אנחנו יכולים להוסיף לאט את חפצי המסה הידועה לקצה הנגדי ולהתחיל לקבוע את הכוח המתאים. כאשר הקורה מאוזנת, ושני הקצוות נמצאים בגבהים שווים מעל הקרקע, הכוחות בשני קצוות הקורה מאוזנים.
כשזה קורה, אתה יכול להוסיף את המסה הכוללת שהייתה דרושה כדי לאזן את הקורה, שקובעת את המסה של האובייקט הלא ידוע.
זכרו, זרועות המנוף משני צידי הקורה צריכות להיות שוות בדיוק. אם לא, הכוחות הדרושים לאיזון המומנט לא יהיו שווים בדיוק, ויהיה צורך בחישוב נוסף כדי לקבוע את המסה הלא ידועה.