はかりと天びんは似たようなものに使用できますが、それらがどのように重量を生成するかの違いを理解することで、それらのさまざまな用途について知ることができます。 多くの人が「スケール」と「バランス」という言葉を同じまたは類似したものを意味するために使用します。 これは、はかりと天びんを使用する実験技術によって正確に測定されているものを決定する際に混乱を引き起こす可能性があります。
はかりは何をしますか
体重計は、一般的に体重を測定するときに使用されます。 彼らは質量に作用する力を測定し、地球上の物体の重量の公式を使用してその重量を決定します。 体重計の種類は、その動作方法によって異なります。 最新の体重計は、ばねがどれだけ圧縮されて重量を測定するかを測定するために、一緒に配置されたばねのセットを使用することがあります。
他の体重計は、ひずみゲージロードセルを利用しています。 これらは、力が加えられると、電気が流れるようにわずかに圧縮するデバイスです。 ロードセルを流れる電流を測定するデバイスであるひずみゲージの抵抗は、 測定。 この電気回路の抵抗は、はかりに載せられた重量と相関関係があるため、この抵抗の変化を測定して重量に変換することができます。
スケールは通常、天びんの精度と複雑さをそれほど必要としないアプリケーションで使用されます。 これは、ジムや自宅で体重計を踏んだり、食材を計量したりするときに使用できることを意味します。 他のタイプの体重計には、重量によって針がどれだけ回転するかによって質量を簡単に測定する機械式はかり、または説明したようにひずみ荷重計を使用するデジタルはかりが含まれます。
バランスは何をしますか
一方、天びんは、天びんのプラットフォームに置いたものの質量を示します。 彼らは、はかりが使用するのと同じ原理を使用して、天びんのプラットフォームにかかる重量に基づいてこれを計算します。 しかし、特に天びんは、一般に、天びんにかかる材料の重量の力に対抗する力回復メカニズムを使用して構築されます。 この復元力は、オブジェクトを正味の力がゼロで平衡状態に戻す原因となります。
スケールとは対照的に、バランスはより複雑であり、通常、研究所、大学の研究センター、医療施設、および同様の研究環境でより頻繁に見られます。 それらは一般的にスケールよりも正確である可能性があります。
さまざまなタイプの計量天びんには、質量サンプルをグラムの何分の1かに計量するマイクロ天びん、分析天びんなどがあります。 また、分析天びんよりも重量の範囲が広いが、重量の範囲が小さい、重量と精度の天びんのわずかな変化を測定します 精度。 精密天びんは、小数点以下2桁または3桁までの精度で、グラム単位の質量を測定できます。 分析天びんは、小数点以下4桁までの精度を高めることができ、マイクロ天びんは、小数点以下6桁までのグラム単位の質量を示すことができます。
はかりと天びんのこれらの違いにもかかわらず、「はかり」と「天びん」という用語は、依然として比較的同じ意味で使用されています（ 「スケールバランス」）、科学者の間でさえ、特にスケールが使用するメカニズムが質量を測定する可能性があり、バランスが使用するメカニズムも測定できることを考えると 重量。 これらのメカニズムをより詳細に理解すると、必要に応じて違いを識別するのに役立ちます。
はかりと天びんの重量
体重計や天びんについて考えるとき、互いに重さを量るピボット上で互いに接続された2つの質量を視覚化するのが一般的です。 何世紀にもわたって人間と一緒になってきた質量または重量を決定するこの原始的な形は、 多くのはかりや天びんが重量や質量を決定する際に使用する重力の物理学、 それぞれ。
はかりと天びんはそれぞれ重量と質量を測定できますが、それらは物体にかかる重力を支配する同じ物理的原理に依存しています。 ニュートンの第2法則を使用して、オブジェクトの力を測定できますFその質量の積としてmその加速度の倍aを使用してF = ma。物体の重さの力がW地球に向かって引っ張るのは、g、重力加速度、方程式を次のように書き直すことができますW = mg大衆のためにmオブジェクトの。
実際のアプリケーションでは、はかりと天びんは、それらが置かれている場所に基づいて校正する必要があります 重力加速度は、のさまざまな部分で0.5％も変動する可能性があるため、使用されています。 地球。 はかりまたは天びんを校正した後、重量と質量の変換は科学機器にとって簡単です。
バネばかり
はかりと天びんは、計器の表面に置かれた重りに応じたばねの長さの変化などの他の力と一緒にこの力を合計する場合があります。 これらのばねは、次のように膨張および圧縮します。フックの法則、これは、物体の重量など、ばねに作用する力が、その結果としてばねが移動する距離と直接相関していることを示しています。
ニュートンの第2法則と同様の形式で、この法則は
F = kx
加えられた力のためにF、ばねの剛性kその結果、ばねが移動する距離バツ.
バネばかりは、質量をポンドの何分の1まで測定するのと同じくらい敏感で正確にすることができます。 体重計に足を踏み入れると、体重が表示されるまで針またはダイヤルが回転するように、体重計の内部にあるバネが圧縮されます。 バネばかりは、長期間にわたって日常的に使用されているため、残念ながら緩む可能性があります。 これにより、ばねはその能力を失い、自然に伸縮します。 このため、これが発生しないように、適切かつ継続的に調整する必要があります。
フックの法則に加えて、ヤング率（または弾性率）弦に重量をかけたときに弦がどれだけ圧縮されるかを決定します。 これは、ひずみに対する応力の比率として定義され、次の式で与えられます。
E = \ frac {\ epsilon} {\ sigma}
ヤング率E、 ストレスϵ（「イプシロン」）およびひずみσ（"シグマ"）。
この方程式では、応力は単位面積あたりの力として与えられ、ひずみは長さの変化を元の長さで割ったものです。 ヤング率は、変形に対する材料の抵抗を測定し、剛性の高い材料ほどヤング率が高くなります。
ヤング率は、圧力と同様に、面積あたりの力の単位を持ちます。 これを使用して、ヤング率にオブジェクトの重量を受け取るばねの表面積を掛けて、ばねにかかる力を取得できます。 これは同じ力ですFフックの法則で。
歪みゲージ
はかりに使用されるひずみゲージは、はかりに重りが存在する場合の電気抵抗の変化を測定します。 ひずみゲージ自体は、電気回路のグリッド状のパターンに配置された細いワイヤーまたはフォイルを囲む金属片です。 そのため、一方向に力がかかると、その抵抗は、 重量。
重量によってワイヤーやフォイルの一部がより緊張して圧縮されると、電気回路の抵抗が増加し、これに応じてひずみゲージが厚くなり、短くなります。 回路に電流を流し、はかりは、この抵抗が重量によってどのように変化するかを計算して、それらにかかる重量を決定します。 抵抗の変化は通常非常に小さく、約0.12Ωですが、これによりひずみゲージの重量測定がさらに正確になります。