Svari veic tieši to, ko norāda nosaukums: līdzsvaro divus priekšmetus. Izmantojot vienu, jūs varat noteikt objekta masu.
Apskatīsim, kā izveidot pašdarinātu (DIY) mērogu vai līdzsvaru, un redzēsim, kā darbojas tā fizikas princips.
Kā izveidot staru līdzsvara modeli skolas projektiem
Lai izveidotu mājās gatavotu masas bilances skalu, jums būs nepieciešams:
- Izturīga sija, kuru var izvēlēties, ņemot vērā jūsu svērto svaru. Ja svērsiet ļoti smagus priekšmetus, jums var būt nepieciešams zāģmateriālu gabals, lai izveidotu milzu līdzsvara skalu. Visticamāk, jūs vēlaties izveidot nelielu svaru, ko var izmantot mazu priekšmetu, piemēram, saspraudes vai monētu, svēršanai. Lai iegūtu nelielu līdzsvaru, kā staru var izmantot popsicle stick.
- Atbalsta punkts, kas atbalstīs staru vienā punktā vidū (vai ļoti tuvu vienam punktam). Nelielai popsicle skalai varētu noderēt gumijas ķīlis, piemēram, plāns dzēšgumija.
- Mazie zināmā svara objekti darbojas kā nezināmā objekta masas mērīšanas līdzeklis.
Lai saprastu mazo priekšmetu ar zināmu svaru mērķi, mums jāzina, kā darbojas līdzsvars vai skala.
Kā darbojas staru līdzsvars?
Staru līdzsvara fiziskais princips ir griezes moments. Spēks, kas tiek iedarbināts uz staru kādā attālumā no atbalsta punkta (ko sauc par sviras sviru) vai vietā, kur tas ir līdzsvarots, rada griezes momentu. Griezes moments rada rotācijas kustību, ja griezes momenti nav līdzsvaroti.
Staru līdzsvarā šo principu izmanto, lai mērītu masu vai svaru.
Griezes momenta formula τ ir
\ tau = F \ reizes r
kurFir objekta spēks unrir sviras svira. Ņemiet vērā, ka darbība ir šķērsprodukts, kas ir vektora darbība, nevis reizināšana. Šķērsprodukts būs nulle tikai tad, ja kāda spēka sastāvdaļa ir perpendikulāra sviras svirai.
Ir skaidrs, ka stara līdzsvaram sviras sviru var attēlot kā vektoru, kas sākas pie atbalsta punkta un norāda uz staru kūļa galu. Spēka vektors sākas vietā, kur atrodas masa, un tas ir paralēls smaguma virzienam.
Lai pārbaudītu, vai šim vienādojumam ir jēga, padomājiet par durvju atvēršanu. Lai atvērtu durvis, jums jāvelk perpendikulāri durvīm. Ja jūs būtu vērsts pret durvju malu un stumtu vai vilktu, jūs neatvērtu durvis. Griezes momenta vienādojums precīzi apraksta šīs fiziskās parādības.
Divdimensiju problēmu gadījumā formula kļūst
\ tau = Fr \ sin {\ theta}
tādā gadījumā ir veikts šķērsprodukts, un leņķa sinusa starp spēka virzieniem un sviras sviru ir θ. Kad leņķis starp spēku un sviras sviru tuvojas 0, griezes moments iet arī uz 0, kas ir jēga.
Atgriezieties pie DIY skalas vai atlikuma
Lai izmantotu līdzsvaru objekta masas noteikšanai, nezināmas masas objekts jānovieto vienā līdzsvara galā. Tas izraisīs griezes momentu, un līdzsvars griezīsies ap atbalsta punktu un balstīsies uz zemes, līdz griezes moments būs līdzsvarots. Tātad, kā mēs varam līdzsvarot griezes momentu?
Šeit ir vajadzīgi zināmas masas objekti.
Mēs varam lēnām pievienot zināmas masas objektus pretējā galā un sākt noteikt atbilstošo spēku. Kad stars ir līdzsvarots un abi gali ir vienādā augstumā no zemes, spēki abos sijas galos ir līdzsvaroti.
Kad tas notiks, varat saskaitīt kopējo masu, kas bija nepieciešama, lai līdzsvarotu staru kūli, kas nosaka nezināmā objekta masu.
Atcerieties, ka sviras sijām abās sijas pusēs jābūt tieši vienādām. Ja nē, spēki, kas nepieciešami griezes momenta līdzsvarošanai, nebūs tieši vienādi, un nezināmas masas noteikšanai būtu nepieciešami papildu aprēķini.
