Quase todo mundo está em uma balança; algumas pessoas verificam seu peso diariamente para fins de saúde ou esportes, enquanto outras usam mais dispositivos de pesagem no supermercado, no trabalho ou como parte de uma educação científica abrangente.
Freqüentemente, as balanças são acusadas de estar incorretas, e com razão; esses dispositivos estão sujeitos a esforços mecânicos consideráveis em relação ao seu tamanho, especialmente no caso dos chamados banheiros ou balanças domésticas, e não é preciso muito para desorganizar as peças da balança, mesmo que sejam construídas corretamente e calibrado.
Você já pensou em como uma escala "sabe" quanta massa foi adicionada a ela? Como esses dispositivos, quaisquer que sejam seus funcionamentos internos, permanecem precisos ao longo do tempo? E o que há com a afirmação de que "o peso não é a mesma massa" quando fica claro a partir de um olhar para o mundo comercial que quilogramas e libras são frequentemente tratados como unidades diferentes do mesmo quantidade?
Peso e massa definidos
Massa é uma medida da matéria em si, a quantidade de "matéria" presente em uma amostra. Uma maneira de conceber a massa é que ela tem intertia, o que significa que se não estiver se movendo, a energia deve ser adicionada a o sistema para fazê-lo se mover, ao passo que se já estiver se movendo, é necessário adicionar energia para desacelerá-lo ou pará-lo completamente. A intuição diz que quanto maior a massa de um objeto, mais difícil é persuadi-lo a se mover do repouso ou parar quando ele está em movimento.
Peso é a massa multiplicada por g, a aceleração produzida pela gravidade. Na Terra, o geralmente usado g o valor é 9,8 metros por segundo ao quadrado (m / s2), enquanto na lua é consideravelmente menor e em Júpiter é muito maior porque esses corpos têm massas menores e maiores do que a Terra, respectivamente. O resultado é que a mesma massa terá um peso diferente quando colocada em um campo gravitacional mais forte ou mais fraco.
No sistema SI de unidades (o sistema métrico ou internacional), a unidade básica de massa é o quilograma (kg), enquanto a unidade de peso, ou mais amplamente força, é o newton (N). Assim, uma pessoa com uma massa de 70 kg (cerca de 154 libras ou lb); 1 kg = 2,204 lb) terá um peso de (70) (9,8) = 686 N na Terra.
Massa versus peso na vida cotidiana
A libra é, na verdade, uma unidade de peso, não de massa. A unidade raiz de massa no sistema de unidades imperial ou britânico correspondente é o lesma, que caiu em desuso. Como a maioria dos humanos usa suas balanças na Terra e os americanos querem saber sua "massa" em libras, a gravidade de fato é incorporada às balanças na Terra.
Portanto, não é cientificamente correto dizer que "100 quilogramas equivalem a 220,4 libras", mas é correto dizer "Uma massa de 100 kg tem um peso de 220,4 libras na Terra." Tenha em mente que a maioria as quantidades foram inventadas há séculos, em uma época em que a gravidade além da da Terra não valia a pena contabilizar para!
Uma breve história das máquinas de pesagem
Acredita-se também que Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), a quem se atribui a co-invenção do campo matemático do cálculo junto com Isaac Newton, tenha concebido os primeiros dispositivos de pesagem. Sua construção era muito parecida com o signo astrológico que Libra geralmente é representado: um poste vertical com uma barra horizontal fixada no topo por uma junta móvel. Nas extremidades dessa barra horizontal foram suspensas duas placas de massa relativa suficiente para manter o conjunto em equilíbrio.
O gênio do dispositivo de Leibniz, chamado de equilíbrio do feixe central, é que poderia determinar relativo massas de objetos rotulados por meio de uma série de adições e subtrações de pedras ou semelhantes. A partir desse esquema, era inevitável que as posições fossem marcadas e atribuídos valores numéricos, e todo um novo sistema de controle preciso das quantidades foi colocado em ação.
Em meados da década de 1750, o primeiro escalas de pêndulo apareceu, e estes se tornaram mais elaborados com o tempo, à medida que os desenvolvimentos de engenharia permitiam maior precisão na fabricação. As balanças de pêndulo ainda são usadas hoje em muitas formas, e muitas são equipadas com eletrônicos que permitem, digamos, a conversão de um determinado peso em um determinado preço de compra.
Tipos de balanças de pesagem
O equilíbrio da viga central, por razões que provavelmente já são claras, não faz parte da ciência moderna ou do comércio mais do que o Pony Express. Sem essa máquina agora pitoresca, porém, nenhuma das escalas em uso moderno teria surgido. Uma amostra de máquinas de pesagem modernas:
Balanço analitico: É isso que você provavelmente viu no laboratório. Você simplesmente coloca um objeto em um prato sobre a unidade e ele retorna uma massa (ou, se o usuário preferir, uma "massa" em unidades imperiais, como onças ou libras). Eles são construídos de forma que a placa fique em repouso apenas sob a influência da gravidade, e a máquina equilibra isso determinando internamente a força necessária para manter a placa precisamente imóvel.
Balança de banheiro: Os avanços progressivos na tecnologia resultaram em modelos que não são mais nada perto de uma definição uniforme de balança de banheiro. A maioria hoje é digital, mas os modelos analógicos da "velha escola" persistem.
Escala de contagem: Isso é usado para pesar vários objetos conhecidos por terem um peso uniforme (por exemplo, rolamentos de esferas de precisão) e exibir uma contagem total de peças com base no resultado.
Por exemplo, se você tivesse uma grande coleção de bolas de borracha de cores diferentes, mas idênticas, você poderia determinar exatamente quantos estão em sua coleção, carregando-os em tal escala e definindo o parâmetro de entrada para a massa de um bola. Assim, para um conjunto de bolas de borracha pesando 0,125 kg cada e tendo uma massa total de 40 kg, a máquina responderia que você tem [40 kg / (0,125 kg / bola)] = 320 bolas em sua coleção.
Escala do guindaste: Essas balanças têm uma capacidade esperada de 5.000 libras (2.270 kg) ou mais, que é 2,5 toneladas, semelhante à maioria dos veículos motorizados comuns. Eles são projetados para pesar cargas ao mesmo tempo em que são suspensas acima do solo por um guindaste. Isso não seria um esforço para os desatentos!
Microbalança: Estes podem ser lidos para um valor de 1 micrograma (1 µg) ou melhor. Um micrograma é um bilionésimo de um quilograma, o que significa que, embora provavelmente não seja uma unidade, você cruzou muito em um nível consciente, faz parte da vida cotidiana de químicos, microbiologistas, farmacologistas e muitos outros profissionais da ciência.
Escala postal: Este tipo de dispositivo de pesagem é um exemplo de balança de computação, que exibe as mudanças de preço à medida que a massa é adicionada ou removida para atender às necessidades do cliente. É usado para determinar o peso da remessa ou taxas de entrega para cartas ou pacotes entregues pelo Serviço Postal dos Estados Unidos (USPS) ou empresas de remessa privada.
Balança do veículo: Essas balanças são construídas para pesar grandes caminhões, veículos agrícolas e outros veículos industriais de grande porte. Você provavelmente já viu placas que dizem "Pesar a estação adiante" se você dirigiu nas rodovias interestaduais dos EUA.
Estes são usados para fazer cumprir os regulamentos de segurança, como garantir que os veículos que usam certas estradas não excedam os limites de peso postados nessas estradas - algo, novamente, a maioria das pessoas não tem oportunidade de olhar de perto!