Svarstyklės ir svarstyklės gali būti naudojamos panašiems dalykams, tačiau suprasdami skirtumus, kaip jie sukuria savo svorį, pasakoja apie skirtingą jų naudojimą. Daugelis žmonių žodžius „mastas“ ir „balansas“ reiškia tuos pačius ar panašius dalykus. Tai gali sukelti painiavos nustatant, kas tiksliai matuojama taikant laboratorinius metodus, kuriuose naudojamos svarstyklės ir svarstyklės.
Ką veikia svarstyklės
Matuojant svorį paprastai naudojamos svarstyklės. Jie matuoja masę veikiančią jėgą ir nustato objekto svorio Žemėje formulę, kad nustatytų jo svorį. Svėrimo skalės rūšys gali skirtis pagal jų veikimą. Šiuolaikinėse svarstyklėse kartais naudojami spyruoklių rinkiniai, išdėstyti kartu, kad skalė matuotų, kiek spyruoklė suspaudžia, kad nustatytų svorį.
Kitos svarstyklės naudoja įtempio matuoklio apkrovos elementus. Tai yra įtaisai, kurie, jiems veikiant jėgai, šiek tiek suspaudžiami taip, kad elektros atsparumas tempimo matuoklyje, prietaisai, matuojantys elektros srovę per apkrovos elementą, gali būti išmatuotas. Varža šioje elektros grandinėje koreliuoja su svoriu, dedamu ant svarstyklių, todėl šio pasipriešinimo pokytį galima išmatuoti ir paversti svoriu.
Svarstyklės paprastai naudojamos tose programose, kur jums nereikia tiek tikslumo ir sudėtingumo. Tai reiškia, kad matysite naudojimąsi žengdami ant svarstyklių salėje ar savo namuose, taip pat sverdami maisto ingredientus. Kiti svėrimo svarstyklių tipai yra mechaninės svarstyklės, kurios matuoja masę tiesiai pagal tai, kiek adata apsisuka dėl svorio, arba skaitmeninės svarstyklės, kurios naudoja įtempimo apkrovos matuoklį, kaip aprašyta.
Ką veikia balansai
Kita vertus, balansai nurodo masę visko, ką dedate ant svarstyklių platformos. Jie apskaičiuoja tai pagal svorį, uždėtą ant svarstyklių platformos, taikydami tuos pačius principus, kuriuos naudoja svarstyklės. Bet visų pirma svarstyklės kuriamos naudojant jėgos atstatymo mechanizmą, kuris priešinasi medžiagos svorio jėgai ant svarstyklių. Ši atstatymo jėga priverčia objektą grįžti į pusiausvyrą grynąja nulio jėga.
Skirtingai nuo svarstyklių, balansai yra sudėtingesni ir paprastai dažniau matomi laboratorijose, universitetų tyrimų centruose, medicinos įstaigose ir panašioje tyrimų aplinkoje. Paprastai jie gali būti tikslesni nei svarstyklės.
Skirtingi svėrimo svarstyklių tipai gali būti mikrobalansai, sveriantys masės mėginius iki gramo dalių, analitiniai svarstyklės, kurios taip pat matuojami nedideli svorio ir tikslumo svarstyklių pokyčiai, kurių svorių diapazonas yra didesnis nei analitinių svarstyklių, bet mažesnis tikslumas. Tikslūs svarstyklės gali išmatuoti masę gramais tikslumu iki dviejų ar trijų dešimtųjų tikslumu. Analizės svarstyklės gali pasiekti didesnį tikslumą - iki keturių dešimtųjų tikslumu, o mikrobalansai gali pasakyti masę gramais iki šešių dešimtųjų tikslumu.
Nepaisant šių skalių ir likučių skirtumų, terminai „svarstyklės“ ir „likučiai“ vis dar vartojami santykinai pakaitomis (kaip nurodo terminas „svarstyklių balansas“), net ir tarp mokslininkų, ypač atsižvelgiant į mechanizmus, kuriais naudojamos svarstyklės, taip pat galima išmatuoti masę ir svoris. Išsamesnis šių mechanizmų supratimas gali padėti jums pamatyti skirtumą, kai to reikia.
Svoris ant svarstyklių ir svarstyklių
Kai žmonės galvoja apie svarstykles ar pusiausvyrą, dažniausiai jie vizualizuoja dvi mases, sujungtas viena su kita, sveriančia viena kitą. Ši primityvi masės ar svorio nustatymo forma, kuri žmonėms buvo šimtmečius, rodo gravitacinės jėgos, kurią daugelis svarstyklių ir svarstyklių naudoja nustatydami svorį ar masę, fizika, atitinkamai.
Svarstyklės ir svarstyklės gali atitinkamai išmatuoti svorį ir masę, tačiau jie remiasi tais pačiais fiziniais principais, kurie valdo gravitacines jėgas daiktams. Naudodamiesi antruoju Niutono dėsniu, galite išmatuoti objekto jėgąFkaip jos masės sandaugamkartų jo pagreitįanaudojantF = ma.Nes objekto svorio jėgaWtraukimas link Žemės yra ši jėga, kuri naudoja pagreitįg, gravitacinis pagreitis, galite perrašyti lygtį kaipW = mguž mišiasmobjekto.
Realiose programose svarstyklės ir balansai turėtų būti kalibruojami atsižvelgiant į vietą, kurioje jie yra yra naudojamas, nes gravitacinis pagreitis gali skirtis net 0,5% įvairiose AE dalyse Žemė. Kalibravus skalę ar svarstykles, svorio ir masės perskaičiavimas yra paprastas mokslo instrumentui.
Pavasario skalė
Svarstyklės ir svarstyklės gali susumuoti šią jėgą kartu su kitomis jėgomis, tokiomis kaip spyruoklės ilgio pokytis, atsižvelgiant į ant prietaiso paviršiaus uždėtą svorį. Šios spyruoklės išsiplečia ir susispaudžia pagalHuko įstatymas, kuris jums sako, kad jėga, veikianti spyruoklę, pvz., daikto svorį, yra tiesiogiai susijusi su atstumu, kurį spyruoklė juda dėl jo.
Panašios formos kaip antrasis Niutono įstatymas, šis įstatymas yra
F = kx
už pritaikytą jėgąF, spyruoklės standumaskir dėl to atstumas, kurį spyruoklė judax.
Pavasario skalė gali būti tokia jautri ir tiksli, kad būtų galima išmatuoti mases svarų dalimis. Kai žengiate ant vonios svarstyklių, jo viduje esančios spyruoklės susispaudžia taip, kad adata ar ratukas suktųsi, kol bus parodytas jūsų svoris. Deja, spyruoklinės svarstyklės gali atsilaisvinti, nes spyruoklė naudojama reguliariai ilgą laiką. Dėl to pavasaris praranda savo galimybes, natūraliai plečiasi ir susitraukia. Dėl šios priežasties juos reikia tinkamai ir nuolat kalibruoti, kad taip neatsitiktų.
Be Huko įstatymo, galite naudotiJauno modulis(arba tamprumo modulis) nustatant, kiek stygos suspaudžiamos, kai ant jos darote svorį. Tai apibrėžiama kaip įtampos ir deformacijos santykis, pateiktas
E = \ frac {\ epsilon} {\ sigma}
už Youngo modulįE, stresasϵ(„epsilon“) ir perkoštiσ(„sigma“).
Pagal šią lygtį įtempis nurodomas kaip jėga ploto vienetui, o deformacija yra ilgio pokytis, padalytas iš pradinio ilgio. „Young“ modulis matuoja medžiagos atsparumą deformacijai, o standesnės medžiagos turi didesnius „Young“ modulius.
Tada Youngo modulis turi jėgos vienetus plote, kaip ir slėgis. Tai galite naudoti norėdami padauginti Jungo modulį iš spyruoklės paviršiaus ploto, kuris gauna objekto svorį, kad gautų spyruoklei daromą jėgą. Tai ta pati jėgaFHuko įstatyme.
Įtempimo matuoklis
Įtempimo matuokliai, naudojami svėrimo svarstyklėse, matuoja elektrinės varžos pokyčius esant svoriui ant svarstyklių. Pats įtempimo matuoklis yra metalo gabalas, kuris supa ploną vielą ar foliją, išdėstytą panašiu į elektros tinklą. toks, kad patyrus jėgą viena kryptimi, jos pasipriešinimas pasikeičia net tiksliu, nedideliu kiekiu proporcingai svoris.
Kai dėl svorio vielos ar folijos dalys tampa labiau įtemptos ir suspaustos, padidėja elektros grandinės varža, o įtampos matuoklis, reaguodamas į tai, tampa storesnis ir trumpesnis. Siunčiant srovę per grandinę, svarstyklės apskaičiuoja, kaip šis atsparumas keičiasi dėl svorio, kad nustatytų joms tenkantį svorį. Pasipriešinimo pokytis paprastai būna labai mažas ir apie 0,12 Ω, tačiau tai suteikia deformacijos matuokliams dar didesnį tikslumą nustatant svorį.
