מה ההבדל בין קנה מידה לאיזון?

מאזניים ואיזונים עשויים לשמש לדברים דומים, אך הבנת ההבדלים באופן שבו הם מייצרים את משקליהם מספרת לך על השימושים השונים שלהם. הרבה אנשים משתמשים במילים "סולם" ו"איזון "כדי להתכוון לדברים זהים או דומים. זה יכול לגרום לבלבול בקביעת המדדים המדויקים באמצעות טכניקות מעבדה המשתמשות בקשקשים ובאיזונים.

בדרך כלל משתמשים בקשקשים בעת מדידת משקל. הם מודדים את הכוח הפועל על מסה ומשתמשים בנוסחת המשקל של אובייקט על כדור הארץ כדי לקבוע את משקלו. סוגי סקאלת השקילה יכולים להשתנות באופן עבודתם. מאזני שקילה מודרניים משתמשים לפעמים בסטים של קפיצים המסודרים יחד כך שהסולם מודד כמה הקפיץ נדחס כדי לקבוע משקל.

מאזני שקילה אחרים משתמשים בתאי עומס של מד המתח. אלה מכשירים שכאשר מופעל עליהם כוח, דוחסים מעט כך שחשמלי התנגדות במד המתח, מכשירים המודדים את הזרם החשמלי דרך תא העומס, יכולים להיות נמדד. ההתנגדות במעגל חשמלי זה מתואמת עם המשקל המונח על הסולם כך שניתן למדוד את השינוי בהתנגדות זו ולהמירו למשקל.

מאזניים משמשים בדרך כלל ביישומים שבהם אינך זקוק לדיוק ובמורכבות של איזון. פירוש הדבר שתראה שימוש בעת דריכה על סולם שקילה בחדר הכושר או בבית שלך, כמו גם באזורים של שקילת מרכיבי מזון. סוגים אחרים של סולם שקילה כוללים מאזניים מכניים המודדים את המסה בצורה פשוטה לפי כמה מסתובבת מחט עקב משקל או מאזניים דיגיטליים המשתמשים במד עומס המתח כמתואר.

מאזן, לעומת זאת, אומר לך את המסה של כל מה שאתה מציב על פלטפורמת האיזון. הם מחשבים זאת על סמך המשקל המונח על פלטפורמת האיזון תוך שימוש באותם עקרונות שמשמשים מאזניים. אך יתרות בפרט נבנות בדרך כלל באמצעות מנגנון שיקום כוח המתנגד לכוח המשקל של החומר על האיזון. כוח השיקום הזה הוא שגורם לאובייקט לחזור לשיווי משקל בכוח נטו של אפס.

בניגוד למאזניים, האיזונים מורכבים יותר ונראים בדרך כלל בתדירות גבוהה יותר במעבדות, מרכזי מחקר באוניברסיטאות, מתקנים רפואיים וסביבות מחקר דומות. בדרך כלל הם יכולים להיות מדויקים יותר מאשר סולמות.

סוגים שונים של מאזן שקילה יכולים לכלול מיקרו-מאזנים השוקלים דגימות המסה לשברי גרם, איזונים אנליטיים אשר מודד גם שינויים זעירים במשקל ובמאזן המדויק, שיש להם טווח משקלים גדול יותר מאזנים אנליטיים אך פחות דיוק. מאזני דיוק יכולים למדוד מסה בגרמים עם דיוק של עד שתיים או שלוש עשרוניות. מאזנים אנליטיים יכולים להשיג דיוק רב יותר, עד ארבע מקומות עשרוניים, ומאזני מיקרו יכולים להגיד לך מסה בגרמים של עד שש מקומות עשרוניים.

למרות הבדלים אלה בין מאזניים ויתרות, המונחים "מאזניים" ו"יתרות "עדיין משמשים להחלפה יחסית (כפי שניתן במונח "איזון קנה מידה"), אפילו בקרב מדענים, במיוחד בהתחשב במנגנונים שקני מידה עשויים גם למדוד מסה ואלה שאיזונים לשימוש יכולים גם למדוד מִשׁקָל. הבנת מנגנונים אלה ביתר פירוט יכולה לעזור לך להבחין בהבדל בעת הצורך.

כשאנשים חושבים על מאזניים או איזונים, זה נפוץ שהם מדמיינים שתי מסות המחוברות זו לזו על ציר המכביד זו על זו. צורה פרימיטיבית זו של קביעת מסה או משקל שהיו אצל בני האדם במשך מאות שנים מראה את הפיזיקה של כוח הכבידה שמשמשים מאזניים ומאזנים רבים לקביעת משקל או מסה, בהתאמה.

מאזניים ומאזנים עשויים למדוד משקל ומסה בהתאמה, אך הם נשענים על אותם עקרונות פיזיקליים השולטים בכוחות הכבידה על עצמים. באמצעות החוק השני של ניוטון תוכלו למדוד את כוחו של אובייקטFכתוצר ממסתוMכפול התאוצה שלהאבאמצעותF = אמא.כי כוח המשקל של האובייקטWמשיכה לכיוון כדור הארץ היא כוח זה המשתמש בתאוצה שלז, תאוצה כבידתית, אתה יכול לכתוב את המשוואה מחדש כ-W = מ"גלמסהMשל האובייקט.

ביישומים בעולם האמיתי, יש לכייל את המאזניים והמאזנים על סמך המיקום בו הם נמצאים בשימוש מכיוון שתאוצת הכבידה יכולה להשתנות עד 0.5% על פני חלקים שונים של כדור הארץ. לאחר כיול הסקאלה או האיזון, ההמרה בין משקל למסה היא פשוטה עבור המכשיר המדעי.

סולמות ושיווי משקל עשויים לסכם כוח זה לצד כוחות אחרים כגון שינוי אורך הקפיץ בתגובה למשקל המונח על פני הכלי. קפיצים אלה מתרחבים ודוחסים בהתאםחוק הוק, שאומר לך שהכוח הפועל על קפיץ כמו משקל של אובייקט נמצא בקורלציה ישירה למרחק שהקפיץ נע כתוצאה ממנו.

בצורה דומה לחוק השני של ניוטון, חוק זה כן

עבור כוח מופעלF, נוקשות הקפיץkוהמרחק שהקפיץ נע כתוצאה מכךאיקס​.

סולם האביב יכול להיות רגיש ומדויק למדידת מסות לשברי קילוגרמים. כשאתה עולה על משקל אמבטיה, הקפיצים שבתוכו נדחסים כך שהמחט או המחוגה מסתובבים עד שמוצג המשקל שלך. למרבה הצער, קשקשי האביב עשויים להיות רפויים מכיוון שהקפיץ משמש באופן שגרתי לאורך זמן רב. זה גורם למעיין לאבד את יכולתו ולהתרחב ולהתכווץ באופן טבעי. מסיבה זו, יש לכייל אותם כראוי ומתמיד כדי למנוע זאת.

בנוסף לחוק הוק, אתה יכול להשתמש ב-המודול של יאנג(או מודול אלסטי) בקביעת כמה מחרוזת תידחס כשתפעל עליה משקל. זה מוגדר כיחס המתח למתח, שניתן על ידי

למודולוס של יאנגה, לחץϵ("אפסילון") ומסנניםσ("סיגמא").

עבור משוואה זו, הלחץ ניתן ככוח ליחידת שטח, והמתח הוא שינוי האורך חלקי האורך המקורי. המודול של יאנג מודד את התנגדות החומר לעיוות, ולחומרים נוקשים יותר יש מודולים גדולים יותר של יאנג.

למודול של יאנג יש יחידות כוח לכל שטח, כמו גם לחץ. אתה יכול להשתמש בזה כדי להכפיל את המודול של יאנג בשטח הפנים של הקפיץ שמקבל את משקל האובייקט כדי להשיג את הכוח המופעל על הקפיץ. זהו אותו כוחFבחוק הוק.

מודדי המתח המשמשים בקשקשים מודדים שינוי בהתנגדות חשמלית בנוכחות המשקל על הסקאלה. מד המתח עצמו הוא פיסת מתכת המקיפה חוט דק או נייר כסף המסודרים בתבנית דמוית רשת של מעגל חשמלי. כזה שכאשר הוא חווה כוח בכיוון אחד, ההתנגדות שלו משתנה אפילו בכמות קטנה ומדויקת ביחס ל מִשׁקָל.

כאשר המשקל הופך חלקי חוט או נייר כסף למתוחים ודחוסים יותר, ההתנגדות של המעגל החשמלי גוברת, ומד המתח הופך עבה וקצר יותר בתגובה לכך. שליחת זרם דרך המעגל, המאזניים מחשבים כיצד התנגדות זו משתנה עקב המשקל כדי לקבוע את המשקל המופעל עליהם. השינוי בהתנגדות הוא בדרך כלל דק מאוד וסביב 0.12 Ω, אך זה נותן מדדי מתיחה דיוק יותר בקביעת המשקל.