Balanças e balanços podem ser usados para coisas semelhantes, mas entender as diferenças em como eles produzem seus pesos informa sobre seus diferentes usos. Muitas pessoas usam as palavras "escala" e "equilíbrio" para significar a mesma coisa ou coisas semelhantes. Isso pode causar confusão ao determinar o que está sendo medido com precisão por meio de técnicas de laboratório que usam escalas e balanças.
O que as balanças fazem
As escalas geralmente são usadas para medir o peso. Eles medem a força que atua sobre uma massa e usam a fórmula do peso de um objeto na Terra para determinar seu peso. Os tipos de balança podem variar em como funcionam. As balanças modernas às vezes usam conjuntos de molas dispostas juntas de forma que a balança meça o quanto a mola se comprime para determinar o peso.
Outras balanças de pesagem usam células de carga de medidor de tensão. São dispositivos que, quando uma força é exercida sobre eles, comprimem levemente de forma que um eletrodo resistência no medidor de tensão, dispositivos que medem a corrente elétrica através da célula de carga, pode ser medido. A resistência neste circuito elétrico se correlaciona com o peso colocado na balança, de modo que a mudança nesta resistência pode ser medida e convertida em peso.
As balanças geralmente são usadas em aplicações onde você não precisa de tanta precisão e complexidade de uma balança. Isso significa que você verá o uso ao pisar em uma balança na academia ou em sua própria casa, bem como em áreas de pesagem de ingredientes alimentícios. Outros tipos de balança incluem balanças mecânicas que medem a massa de forma direta por quanto uma agulha gira devido ao peso ou balanças digitais que usam um medidor de carga de tensão conforme descrito.
O que os saldos fazem
As balanças, por outro lado, informam a massa de tudo o que você coloca na plataforma da balança. Eles calculam isso com base no peso colocado na plataforma da balança usando os mesmos princípios que as balanças usam. Mas as balanças em particular são geralmente construídas usando um mecanismo de restauração de força que se opõe à força do peso do material na balança. Essa força de restauração é o que faz com que o objeto volte ao equilíbrio com uma força líquida de zero.
Em contraste com as escalas, os saldos são mais complicados e geralmente são vistos com mais frequência em laboratórios, centros de pesquisa de universidades, instalações médicas e ambientes de pesquisa semelhantes. Geralmente, eles também podem ser mais precisos do que escalas.
Diferentes tipos de uma balança de pesagem podem incluir microbalanças que pesam amostras de massa em frações de um grama, balanças analíticas que também mede mudanças mínimas em balanças de peso e precisão, que têm uma gama maior de pesos do que balanças analíticas, mas menos precisão. As balanças de precisão podem medir a massa em gramas com precisão de até duas ou três casas decimais. As balanças analíticas podem alcançar maior precisão, até quatro casas decimais, e as microbalanças podem dizer a massa em gramas de até seis casas decimais.
Apesar dessas diferenças entre escalas e balanços, os termos "escalas" e "balanços" ainda são usados de forma relativamente intercambiável (conforme dado pelo termo "balança de balança"), mesmo entre os cientistas, especialmente dados os mecanismos que as balanças usam também podem medir a massa e as balanças que usam também podem medir peso. Compreender esses mecanismos em mais detalhes pode ajudá-lo a discernir a diferença, quando necessário.
Peso em balanças e balanças
Quando as pessoas pensam em balanças ou balanças, é comum que visualizem duas massas conectadas uma à outra em um pivô que pesa uma contra a outra. Esta forma primitiva de determinar a massa ou peso que tem estado com os humanos por séculos mostra o física da força gravitacional que muitas escalas e equilíbrios usam para determinar o peso ou massa, respectivamente.
Escalas e equilíbrios podem medir peso e massa, respectivamente, mas contam com os mesmos princípios físicos que governam as forças gravitacionais sobre os objetos. Usando a segunda lei de Newton, você pode medir a força de um objetoFcomo um produto de sua massamvezes sua aceleraçãoumausandoF = ma.Porque a força do peso de um objetoCpuxando em direção à Terra é essa força que usa uma aceleração deg, aceleração gravitacional, você pode reescrever a equação comoW = mgpara a missamdo objeto.
Em aplicações do mundo real, escalas e balanços devem ser calibrados com base no local em que estão sendo usado porque a aceleração gravitacional pode variar em até 0,5% em diferentes partes do Terra. Após calibrar a balança ou balança, a conversão entre peso e massa é direta para o instrumento científico.
Escala de Primavera
Escalas e equilíbrios podem somar esta força ao lado de outras forças, como a mudança no comprimento de uma mola em resposta a um peso colocado na superfície do instrumento. Essas molas se expandem e comprimem de acordo comLei de Hooke, que informa que a força que atua sobre uma mola, como o peso de um objeto, está diretamente correlacionada com a distância que a mola se move como resultado disso.
De forma semelhante à segunda lei de Newton, esta lei é
F = kx
para uma força aplicadaF, a rigidez da primaverake a distância que a mola se move como resultadox.
A balança de mola pode ser tão sensível e precisa para medir massas até frações de libras. Quando você pisa em uma balança de banheiro, as molas dentro dela se comprimem de modo que a agulha ou o botão giratório giram até que seu peso seja mostrado. As escamas da mola podem, infelizmente, estar sujeitas a afrouxamento, pois a mola é usada rotineiramente por um longo período de tempo. Isso faz com que a mola perca sua capacidade e se expanda e se contraia naturalmente. Por esse motivo, eles precisam ser calibrados de forma adequada e constante para evitar que isso aconteça.
Além da Lei de Hooke, você pode usar oMódulo de Young(ou módulo de elasticidade) para determinar o quanto uma corda será comprimida quando você aplicar peso sobre ela. É definido como a relação entre a tensão e a deformação, dada por
E = \ frac {\ epsilon} {\ sigma}
para o módulo de YoungE, estresseϵ("épsilon") e cepaσ("sigma").
Para esta equação, a tensão é dada como força por unidade de área e a deformação é a mudança no comprimento dividido pelo comprimento original. O módulo de Young mede a resistência de um material a ser deformado, e materiais mais rígidos possuem módulos de Young maiores.
O módulo de Young tem unidades de força por área, assim como a pressão. Você pode usar isso para multiplicar o módulo de Young pela área da superfície da mola que recebe o peso do objeto para obter a força exercida na mola. Esta é a mesma forçaFna Lei de Hooke.
Medidor de tensão
Medidores de tensão que são usados em balanças medem a mudança na resistência elétrica na presença do peso na balança. O medidor de tensão em si é um pedaço de metal que envolve um fio fino ou folha, organizado em um padrão de grade de um circuito elétrico de modo que, quando experimenta uma força em uma direção, sua resistência muda mesmo em uma quantidade pequena e precisa em proporção ao peso.
Quando o peso torna partes do fio ou folha mais tensas e comprimidas, a resistência do circuito elétrico aumenta e o medidor de tensão se torna mais espesso e mais curto em resposta a isso. Enviando uma corrente pelo circuito, a balança calcula como essa resistência muda em função do peso para determinar o peso que é exercido sobre ela. A mudança na resistência é geralmente muito pequena e em torno de 0,12 Ω, mas isso dá aos medidores de tensão ainda mais precisão na determinação do peso.