Jaka jest różnica między skalą a równowagą?

Wagi i wagi mogą być używane do podobnych rzeczy, ale zrozumienie różnic w sposobie, w jaki wytwarzają swoje wagi, mówi o ich różnych zastosowaniach. Wiele osób używa słów „skala” i „równowaga” w znaczeniu tych samych lub podobnych rzeczy. Może to powodować zamieszanie przy określaniu, co jest dokładnie mierzone technikami laboratoryjnymi wykorzystującymi wagi i wagi.

Wagi są zwykle używane do pomiaru masy. Mierzą siłę działającą na masę i używają wzoru na wagę obiektu na Ziemi, aby określić jego wagę. Rodzaje wag mogą różnić się sposobem działania. Nowoczesne wagi czasami wykorzystują zestawy sprężyn ułożonych razem tak, że waga mierzy stopień ściśnięcia sprężyny, aby określić wagę.

Inne wagi wykorzystują czujniki tensometryczne. Są to urządzenia, które po wywarciu na nie siły lekko ściskają się tak, że prąd elektryczny rezystancja w tensometrze, urządzenia mierzące prąd elektryczny przez ogniwo obciążnikowe, mogą być wymierzony. Rezystancja w tym obwodzie elektrycznym jest skorelowana z ciężarem umieszczonym na wadze, dzięki czemu zmianę tego oporu można zmierzyć i przeliczyć na ciężar.

Wagi są powszechnie używane w aplikacjach, w których nie jest potrzebna tak duża precyzja i złożoność wagi. Oznacza to, że zauważysz użyteczność podczas wchodzenia na wagę na siłowni lub we własnym domu, a także w obszarach ważenia składników żywności. Inne typy wag obejmują wagi mechaniczne, które mierzą masę bezpośrednio, o ile igła obraca się pod wpływem masy, lub wagi cyfrowe, które wykorzystują tensometr zgodnie z opisem.

Z drugiej strony wagi mówią o masie tego, co umieścisz na platformie wagi. Obliczają to na podstawie ciężaru umieszczonego na platformie wagi, stosując te same zasady, których używają wagi. Jednak w szczególności wagi są zwykle budowane przy użyciu mechanizmu przywracania siły, który przeciwdziała sile ciężaru materiału na wadze. Ta siła przywracania powoduje, że obiekt powraca do równowagi z siłą netto równą zero.

W przeciwieństwie do wag, wagi są bardziej skomplikowane i zazwyczaj widuje się je częściej w laboratoriach, uniwersyteckich ośrodkach badawczych, placówkach medycznych i podobnych środowiskach badawczych. Mogą być również bardziej precyzyjne niż wagi.

Różne typy wag mogą obejmować mikrowagi, które ważą próbki masowe do ułamków grama, wagi analityczne, które mierzy również drobne zmiany masy i wagi precyzyjne, które mają większy zakres masy niż wagi analityczne, ale mniejszy precyzja. Wagi precyzyjne mogą mierzyć masę w gramach z dokładnością do dwóch lub trzech miejsc po przecinku. Wagi analityczne mogą osiągnąć większą precyzję, do czterech miejsc po przecinku, a mikrowagi mogą podawać masę w gramach z dokładnością do sześciu miejsc po przecinku.

Pomimo tych różnic między wagami i wagami, terminy „wagi” i „wagi” są nadal używane stosunkowo zamiennie (jak podaje termin "bilans wagi"), nawet wśród naukowców, zwłaszcza biorąc pod uwagę mechanizmy, które waga może również mierzyć masę, a te, których używają wagi, mogą również mierzyć waga. Bardziej szczegółowe zrozumienie tych mechanizmów może w razie potrzeby pomóc w dostrzeżeniu różnicy.

Kiedy ludzie myślą o wadze lub wadze, często wyobrażają sobie dwie masy połączone ze sobą na osi, która waży jedną względem drugiej. Ta prymitywna forma określania masy lub wagi, która jest z ludźmi od wieków, pokazuje, że fizyka siły grawitacyjnej, którą wiele wag i wag wykorzystuje do wyznaczania masy lub masy, odpowiednio.

Wagi i wagi mogą mierzyć odpowiednio wagę i masę, ale opierają się na tych samych zasadach fizycznych rządzących siłami grawitacyjnymi na obiektach. Korzystając z drugiego prawa Newtona, możesz zmierzyć siłę obiektufajako iloczyn swojej masymirazy jego przyspieszeniezaza pomocąF = ma.Ponieważ siła ciężaru obiektuWprzyciąganie w kierunku Ziemi to siła, która wykorzystuje przyspieszeniesol, przyspieszenie grawitacyjne, możesz przepisać równanie jakoW = mgdla mszymiobiektu.

W rzeczywistych zastosowaniach wagi i wagi powinny być kalibrowane na podstawie lokalizacji, w której się znajdują jest używany, ponieważ przyspieszenie grawitacyjne może różnić się nawet o 0,5% w różnych częściach Ziemia. Po skalibrowaniu wagi lub wagi konwersja między wagą a masą jest prosta dla instrumentu naukowego.

Wagi i wagi mogą sumować tę siłę z innymi siłami, takimi jak zmiana długości sprężyny w odpowiedzi na ciężar umieszczony na powierzchni instrumentu. Sprężyny te rozszerzają się i ściskają zgodnie zPrawo Hooke'a, który mówi, że siła działająca na sprężynę, taka jak waga przedmiotu, jest bezpośrednio skorelowana z odległością, jaką sprężyna przemieści w jej wyniku.

W podobnej formie do drugiego prawa Newtona prawo to jest

dla przyłożonej siłyfa, sztywność sprężynyki odległość, na jaką porusza się sprężyna w rezultaciex​.

Skala sprężynowa może być równie czuła i precyzyjna, aby mierzyć masy do ułamków funtów. Kiedy wchodzisz na wagę łazienkową, znajdujące się w niej sprężyny ściskają się tak, że igła lub tarcza obracają się, aż pokaże się Twoja waga. Wagi sprężynowe mogą niestety ulegać luzowaniu, ponieważ sprężyna jest rutynowo używana przez długi czas. Powoduje to, że sprężyna traci swoją zdolność i naturalnie się rozszerza i kurczy. Z tego powodu muszą być odpowiednio i stale kalibrowane, aby temu zapobiec.

Oprócz prawa Hooke'a możesz użyćModuł Younga(lub modułu sprężystości) w określaniu, jak bardzo struna zostanie ściśnięta, gdy przyłożysz na nią ciężar. Definiuje się ją jako stosunek naprężenia do odkształcenia, wyrażony wzorem

dla modułu Youngami, naprężenieϵ("epsilon") i szczepσ(„sigma”).

W tym równaniu naprężenie podaje się jako siłę na jednostkę powierzchni, a odkształcenie to zmiana długości podzielona przez długość pierwotną. Moduł Younga mierzy odporność materiału na odkształcenie, a sztywniejsze materiały mają większe moduły Younga.

Moduł Younga ma wtedy jednostki siły na obszar, podobnie jak ciśnienie. Możesz użyć tego do pomnożenia modułu Younga przez powierzchnię sprężyny, która przyjmuje ciężar obiektu, aby uzyskać siłę wywieraną na sprężynę. To ta sama siłafaw prawie Hooke'a.

Tensometry stosowane w wagach mierzą zmianę oporu elektrycznego w obecności odważnika na wadze. Sam tensometr jest kawałkiem metalu otaczającym cienki drut lub folię ułożony w siatkowy wzór obwodu elektrycznego tak, że gdy doświadcza siły w jednym kierunku, jej opór zmienia się nawet o precyzyjną, niewielką wartość proporcjonalnie do waga.

Kiedy ciężar powoduje, że części drutu lub folii są bardziej napięte i ściśnięte, rezystancja obwodu elektrycznego wzrasta, a tensometr staje się w odpowiedzi na to grubszy i krótszy. Przesyłając prąd przez obwód, waga oblicza, jak zmienia się ten opór pod wpływem ciężaru, aby określić ciężar wywierany na nie. Zmiana rezystancji jest zwykle bardzo niewielka i wynosi około 0,12 Ω, ale daje to tensometrom jeszcze większą precyzję w określaniu masy.