Równowaga robi dokładnie to, co sugeruje nazwa: równoważy dwa elementy. Używając jednego, możesz określić masę obiektu.
Przyjrzyjmy się, jak zrobić skalę lub równowagę zrób to sam (zrób to sam) i zobaczmy, jak działa zasada fizyki.
Jak zrobić model równowagi wiązki dla projektów szkolnych
Do wykonania domowej wagi bilansu masy potrzebne będą następujące elementy:
- Solidna belka, którą można wybrać w zależności od tego, co ważysz. Jeśli będziesz ważyć bardzo ciężkie przedmioty, możesz potrzebować kawałka drewna, aby wykonać gigantyczną wagę. Bardziej prawdopodobne jest, że będziesz chciał zrobić małą wagę, której można użyć do ważenia małych przedmiotów, takich jak spinacze do papieru lub monety. Dla małej równowagi możesz użyć patyka do lodów jako belki.
- Punkt podparcia, który podtrzymuje belkę w jednym punkcie pośrodku (lub bardzo blisko jednego punktu). W przypadku małej skali popsicle można użyć gumowego klina, takiego jak cienka gumka.
- Małe przedmioty o znanej wadze służą do pomiaru masy nieznanego obiektu.
Aby zrozumieć przeznaczenie małych przedmiotów o znanej wadze, musimy wiedzieć, jak działa waga lub waga.
Jak działa równoważenie wiązki?
Fizyczną zasadą równowagi wiązki jest moment obrotowy. Siła przyłożona do belki w pewnej odległości od punktu podparcia (zwanego ramieniem dźwigni) lub punktu, w którym jest zrównoważona, wytwarza moment obrotowy. Moment obrotowy powoduje ruch obrotowy, jeśli momenty nie są zrównoważone.
Waga belkowa wykorzystuje tę zasadę do pomiaru masy lub wagi.
Wzór na moment obrotowy τ, is
\tau = F\razy r
gdziefajest siłą przyłożoną przez obiekt, orazrto ramię dźwigni. Zauważ, że operacja jest iloczynem krzyżowym, który jest operacją wektorową, a nie mnożeniem. Iloczyn poprzeczny będzie niezerowy tylko wtedy, gdy jakaś składowa siły będzie prostopadła do ramienia dźwigni.
Oczywiste jest, że w przypadku równowagi belki ramię dźwigni można przedstawić jako wektor, który zaczyna się w punkcie podparcia i wskazuje w kierunku końca belki. Wektor siły zaczyna się w punkcie, w którym znajduje się masa i jest równoległy do kierunku grawitacji.
Aby sprawdzić, czy to równanie ma sens, pomyśl o otwarciu drzwi. Aby otworzyć drzwi musisz pociągnąć prostopadle do drzwi. Gdybyś stanął twarzą do krawędzi drzwi i pchnął lub pociągnął, nie otworzyłbyś drzwi. Równanie momentu obrotowego opisuje dokładnie to zjawisko fizyczne.
W przypadku problemów dwuwymiarowych wzór staje się
\tau=Fr\sin{\theta}
w takim przypadku wykonano iloczyn poprzeczny, a sinus kąta między kierunkami siły a ramieniem dźwigni wynosi θ. Gdy kąt między siłą a ramieniem dźwigni zbliża się do 0, moment obrotowy również spada do 0, co ma sens.
Powrót do wagi DIY lub równowagi
Aby użyć wagi do wyznaczenia masy obiektu, na jednym końcu wagi należy umieścić obiekt o nieznanej masie. Spowoduje to powstanie momentu obrotowego, a waga będzie się obracać wokół punktu podparcia i spoczywać na ziemi, aż moment obrotowy zostanie zrównoważony. Jak więc możemy zrównoważyć moment obrotowy?
Tutaj potrzebne są obiekty o znanej masie.
Możemy powoli dodawać obiekty o znanej masie na przeciwległym końcu i zaczynamy wyznaczać odpowiednią siłę. Gdy belka jest zrównoważona, a oba końce znajdują się na równej wysokości nad ziemią, siły na obu końcach belki są zrównoważone.
Kiedy tak się dzieje, możesz zsumować całkowitą masę potrzebną do zrównoważenia belki, która określa masę nieznanego obiektu.
Pamiętaj, że ramiona dźwigni po obu stronach belki powinny być dokładnie równe. Jeśli nie, siły potrzebne do zrównoważenia momentu obrotowego nie będą dokładnie równe i będą potrzebne dodatkowe obliczenia, aby określić nieznaną masę.
