Aproape toată lumea a fost pe un cântar; unii oameni își verifică greutatea zilnic pentru scopuri de sănătate sau sportive, în timp ce alții utilizează mai mult dispozitivele de cântărit la supermarket, la serviciu sau ca parte a unei educații științifice cuprinzătoare.
Adesea, cântarele sunt acuzate că sunt incorecte și pe bună dreptate; aceste dispozitive sunt supuse unor solicitări mecanice considerabile în raport cu dimensiunea lor, în special în cazul așa-numitei băi sau cântare de uz casnic și nu este nevoie de mult pentru a arunca piesele de cântărire în dezordine, chiar dacă acestea sunt construite corespunzător și calibrate.
V-ați gândit vreodată cum o scară chiar „știe” câtă masă i s-a adăugat? Cum aceste dispozitive, oricare ar fi funcționarea lor interioară, rămân corecte în timp? Și ce se întâmplă cu afirmația că „greutatea nu este aceeași masă” atunci când este clar dintr-o privire la lume comercială, care kilogramele și lire sterline sunt adesea tratate ca unități diferite ale aceluiași fizic cantitate?
Greutate și masă definite
Masa este o măsură a materiei în sine, cantitatea de „lucruri” prezente într-un eșantion. O modalitate de a concepe masa este că are intertia, ceea ce înseamnă că, dacă nu se mișcă, trebuie adăugată energie sistemul să-l facă să se miște, în timp ce dacă se mișcă deja, trebuie adăugată energie pentru a-l încetini sau a o opri direct. Intuitia îți spune că cu cât un obiect este mai masiv, cu atât este mai greu să cazi în mișcare din repaus sau să te oprești când este în mișcare.
Greutate este masa înmulțită cu g, accelerația produsă de gravitație. Pe Pământ, cel folosit în general g valoarea este de 9,8 metri pe secundă pătrat (m / s2), pe când pe Lună este considerabil mai puțin, iar pe Jupiter este mult mai mare, deoarece aceste corpuri au mase mai mici și mai mari decât Pământul. Rezultatul este că aceeași masă va avea o greutate diferită atunci când este plasată într-un câmp gravitațional mai puternic sau mai slab.
În sistemul SI de unități (sistemul metric sau internațional), unitatea de bază de masă este kilogram (kg), în timp ce unitatea de greutate, sau mai mult forța, este newtonul (N). Astfel, o persoană cu o masă de 70 kg (aproximativ 154 de lire sterline, sau lb; 1 kg = 2,204 lb) va avea o greutate de (70) (9,8) = 686 N pe Pământ.
Masă versus greutate în viața de zi cu zi
Lira este de fapt o unitate de greutate, nu masă. Unitatea de masă rădăcină în sistemul de unități imperial sau britanic corespunzător este melc, care a căzut în mare măsură în desuetudine. Întrucât majoritatea oamenilor își folosesc cântarul pe Pământ și americanii doresc să-și cunoască „masa” în kilograme, gravitația este de fapt încorporată în cântarul de cântărire de pe Pământ.
Prin urmare, nu este corect din punct de vedere științific să spui „100 de kilograme este egal cu 220,4 lire sterline”, dar aceasta este corect să spui „O masă de 100 de kilograme are o greutate de 220,4 kilograme pe Pământ”. Rețineți că majoritatea cantitățile au fost inventate cu secole în urmă, într-un moment în care gravitația pe lângă cea a Pământului nu merita contată pentru!
O scurtă istorie a mașinilor de cântărit
Se crede că Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), căruia i se atribuie co-inventarea câmpului matematic de calcul împreună cu Isaac Newton, a conceput primele dispozitive de cântărire. Construcția sa seamănă mult cu semnul astrologic Balanța este de obicei reprezentată: un stâlp vertical cu o bară orizontală fixată la vârful acesteia printr-o articulație mobilă. De la capetele acestei bare orizontale erau suspendate două plăci cu o masă relativă suficientă pentru a menține ansamblul în echilibru.
Geniul dispozitivului lui Leibniz, numit a echilibrul fasciculului central, este că ar putea determina relativ mase de obiecte etichetate printr-o serie de adaosuri și scăderi de pietricele sau altele asemenea. Din această schemă, era inevitabil ca pozițiile să fie marcate și atribuite valori numerice și să fie pus în joc un sistem complet nou de a ține evidența precisă a cantităților.
La mijlocul anilor 1750, primul solzii pendulului au apărut, iar acestea au devenit mai elaborate în timp, pe măsură ce dezvoltările inginerești permiteau o mai mare precizie în fabricație. Cântarele pendulare sunt folosite și astăzi în multe forme, iar multe sunt echipate cu echipamente electronice care permit, să zicem, conversia unei greutăți date la un preț de achiziție dat.
Tipuri de cântare
Echilibrul fasciculului central, din motive care sunt probabil deja clare, nu mai face parte din știința sau comerțul modern decât este Pony Express. Fără această mașinărie pitorească acum, însă, niciuna dintre scările în utilizarea modernă nu ar fi apărut. O probă de mașini de cântărit moderne:
Balanță analitică: Este ceea ce probabil ați văzut în laborator. Pur și simplu așezați un obiect pe o placă deasupra unității și acesta returnează o masă (sau, dacă utilizatorul preferă, o „masă” în unități imperiale, cum ar fi uncii sau kilograme). Acestea sunt construite astfel încât placa să fie în repaus numai sub influența gravitației, iar mașina echilibrează acest lucru prin determinarea internă a forței necesare pentru a menține placa exactă.
Cântar de baie: Progresele progresive în tehnologie au dus la modele care nu mai sunt aproape de o definiție uniformă a scării de baie. Majoritatea astăzi sunt digitale, dar modelele analogice „old-school” persistă.
Scară de numărare: Aceasta este utilizată pentru a cântări mai multe obiecte despre care se știe că au o greutate uniformă (de exemplu, rulmenți cu bile de precizie) și pentru a afișa un număr total de piese în funcție de rezultat.
De exemplu, dacă ați avea o colecție mare de bile de cauciuc de diferite culori, dar altfel identice, ați putea determina exact câte sunt în colecția dvs. încărcându-le pe o astfel de scară și setând parametrul de intrare la masa unuia minge. Astfel, pentru un set de bile de cauciuc cântărind 0,125 kg bucată și având o masă totală de 40 kg, aparatul va răspunde că aveți [40 kg / (0,125 kg / bilă)] = 320 bile în colecția dvs.
Scara macaralei: Aceste cântare au o capacitate așteptată de 5.000 de lire sterline (2.270 kg) sau mai mult, care este de 2,5 tone, similar cu cele mai multe vehicule de zi cu zi. Acestea sunt concepute pentru a cântări sarcini în același timp în care sunt suspendate deasupra solului de o macara. Acest lucru nu ar fi un efort pentru neatenți!
Microbalanță: Acestea pot fi citite la o valoare de 1 microgram (1µg) sau mai bine. O microgramă este o miliardime dintr-un kilogram, ceea ce înseamnă că, deși probabil nu este o unitate pe care ați intersectat-o cu mult pe un la nivel conștient, face parte din viața de zi cu zi pentru chimiști, microbiologi, farmacologi și mulți alți profesioniști din domeniul științei.
Scară poștală: Acest tip de dispozitiv de cântărire este un exemplu de scară de calcul, care afișează modificările de preț pe măsură ce masa este adăugată sau eliminată pentru a se potrivi nevoilor clienților. Se utilizează pentru a determina greutatea de livrare sau taxele de livrare pentru scrisorile sau coletele livrate de Serviciul Poștal al Statelor Unite (USPS) sau de companiile de transport privat.
Scara vehiculului: Aceste cântare sunt construite pentru cântărirea camioanelor mari, a vehiculelor agricole și a altor vehicule industriale mari. Probabil că ați văzut semne care spun „Stație de cântărire înainte” dacă ați circulat pe autostrăzile interstatale din SUA.
Acestea sunt utilizate pentru aplicarea reglementărilor de siguranță, precum asigurarea faptului că vehiculele care folosesc anumite drumuri nu depășesc limitele de greutate afișate ale acelor drumuri - ceva, din nou, majoritatea oamenilor nu au ocazia să se uite la ele îndeaproape!