Wat is een krachtmeter?

Je hebt ongetwijfeld het woord 'kracht' op allerlei manieren horen gebruiken, de meeste zijn ofwel slecht gedefinieerd ("krachtveld", "kracht van een magnetisch veld") of niet gerelateerd aan de natuurwetenschap ("force play", "vechten" dwingen.")

Een kracht in de natuurkunde is alles dat werkt om iets met massa te versnellen. Er zijn een aantal vergelijkingen die kracht relateren aan andere grootheden, zoals arbeid, druk en energie, maar de meest elementaire is:F = ma, waarin staat dat een massamervaart een versnellingeenwanneer onderworpen aan een netto krachtF, handelend in een bepaalde richting met een bepaalde grootte.

Omdat het kennen van de specifieke waarden van krachten essentieel is in engineering en andere industrieën over de hele wereld, zijn instrumenten voor het nauwkeurig bepalen van kracht gemakkelijk te verkrijgen.

De SI (metrische) eenheid van kracht is de newton (N), terwijl de SI-eenheden van massa en versnelling kilogram (kg) en meter per seconde kwadraat (m/s) zijn²). Dus de N is een afgeleide eenheid en vertaalt zich in kg m/s².

Aangezien elk zwaartekrachtsveld de neiging heeft om alle massa's binnen zijn bereik te versnellen, is het resultaat wat mensen in alledaagse termen gewicht noemen. Een weegschaal voor huishoudelijk gebruik of een sportschool is dus een soort krachtmeter, omdatdisplaysuw massa in kilogram (of uw equivalent gewicht in ponden) is het eigenlijkmaatregelenje gewicht als gevolg van de zwaartekracht, op aarde gelijk aan 9,81 m/s².

De meeste krachtmeters die u waarschijnlijk zult tegenkomen, maken gebruik van een principe dat de wet van Hooke wordt genoemd, genoemd naar Robert Hooke, wiens werk in de jaren 1600 omvatte natuurkunde, scheikunde, biologie en vrijwel alle andere onderzoeksgebieden in deze tijd van snelle wetenschappelijke vooruitgang.

De wet stelt dat de kracht die nodig is om een ​​elastisch materiaal (zoals een veer) over een bepaalde afstand uit te rekken, evenredig is met de afstand die de veer vanaf het evenwichtspunt heeft uitgerekt:

Het minteken houdt in dat de krachtverzet zich tegende rek, gelijk in grootte maar precies tegengesteld in afstand.

De wet van Hooke is toegepast op elk gebied van techniek en constructie dat u kunt noemen of zelfs maar kunt bedenken. In de begintijd van het maken van klokken waren veren essentieel voor een nauwkeurige werking, aangezien tijdregistratie in de 17e en 18e eeuw nog niet helemaal een kwestie van GPS-synchronisatie was.

De wet van Hooke is ingeroepen bij het maken van manometers (manometers), apparatuur in de wereld van akoestiek en seismiciteit, en, naarmate de 21e eeuw vordert, ook in nanotechnologische toepassingen. Maar het nut ervan in een eenvoudige krachtmeter is misschien wel de gemakkelijkste manier om het zelfs vandaag de dag uit te leggen.

De wet van Hooke kan worden toegepast op een veer op een horizontaal oppervlak, zodat de kracht die door de zwaartekracht op het object wordt uitgeoefend, wordt gecompenseerd door de opwaartse kracht van het oppervlak (de normaalkracht). Als de kracht die nodig is om de veer 1,5 m uit te rekken 300 N is, kun je berekenen:kin de wet van Hooke, deveerconstante​:

EENkrachtmeteris in plaats daarvan een verticale constructie en heeft een veer die zodanig is gekalibreerd dat een massa wordt onderworpen aan: De zwaartekracht van de aarde zal de veer vanuit zijn rustpositie (evenwichtspositie) naar beneden bewegen door een bekende, vaste bedrag. Zo is bekend dat een massa van 10 kg een gewicht heeft van (1 kg) (9,81 m/s .)²) = 98,1 N, en de krachtmeter kan volgens dit principe worden gelabeld.

Merk op dat om een ​​veer of een elastisch voorwerp twee keer zo ver uit te rekken als het al is uitgerekt, twee keer de kracht moet worden uitgeoefend enzovoort, zoals gedicteerd door de wet van Hooke. In werkelijkheid is geen enkel materiaal perfect elastisch, en alle veren breken af, hetzij door "slijtage" of door traumatisch breken onder voldoende spanning of spanning.