Care este diferența dintre scară și echilibru?

Cântarele și balanțele pot fi utilizate pentru lucruri similare, dar înțelegerea diferențelor în modul în care își produc greutățile vă spune despre diferitele utilizări ale acestora. Mulți oameni folosesc cuvintele „scară” și „echilibru” pentru a însemna aceleași lucruri sau lucruri similare. Acest lucru poate provoca confuzie în determinarea a ceea ce se măsoară precis prin tehnici de laborator care utilizează cântare și echilibre.

Cântarele sunt utilizate în general la măsurarea greutății. Ei măsoară forța care acționează asupra unei mase și folosesc formula pentru greutatea unui obiect de pe Pământ pentru a determina greutatea acestuia. Tipurile de cântare pot varia în funcție de modul lor de funcționare. Cântarele moderne de cântărire folosesc uneori seturi de arcuri dispuse împreună astfel încât cântarul măsoară cât de mult comprimă arcul pentru a determina greutatea.

Alte cântare de cântărire folosesc celulele de sarcină ale manometrului. Acestea sunt dispozitive care, atunci când se exercită o forță asupra lor, se comprimă ușor astfel încât o electrică rezistența în tensometru, dispozitivele care măsoară curentul electric prin celula de sarcină, poate fi măsurat. Rezistența în acest circuit electric se corelează cu greutatea plasată pe cântar, astfel încât schimbarea acestei rezistențe poate fi măsurată și convertită în greutate.

Cântarele sunt utilizate în general în aplicații în care nu aveți nevoie de o precizie și o complexitate atât de mari pentru un echilibru. Aceasta înseamnă că veți vedea folosirea atunci când călcați pe o cântare la sala de sport sau în propria casă, precum și în zonele de cântărire a ingredientelor alimentare. Alte tipuri de cântare includ cântare mecanice care măsoară masa direct cu cât se întoarce un ac datorită greutății sau cântare digitale care folosesc un indicator de sarcină, așa cum este descris.

Soldurile, pe de altă parte, vă spun masa a tot ceea ce așezați pe platforma balanței. Ei calculează acest lucru pe baza greutății plasate pe platforma balanței folosind aceleași principii pe care le folosesc cântarele. Dar balanțele în special sunt construite în general folosind un mecanism de restabilire a forței care se opune forței de greutate a materialului pe balanță. Această forță de restaurare este cea care face ca obiectul să revină la echilibru cu o forță netă de zero.

Spre deosebire de scale, soldurile sunt mai complicate și sunt de obicei văzute mai frecvent în laboratoare, centre de cercetare universitare, facilități medicale și medii de cercetare similare. Ele pot fi, în general, mai precise decât scările.

Diferitele tipuri de balanțe de cântărire pot include microbalanțe care cântăresc probe de masă până la fracțiuni de gram, balanțe analitice care măsoară, de asemenea, modificări minuscule ale greutății și balanțelor de precizie, care au o gamă mai mare de greutăți decât balanțele analitice, dar mai puțin precizie. Balanțele de precizie pot măsura masa în grame cu o precizie de până la două sau trei zecimale. Balanțele analitice pot obține o precizie mai mare, până la patru zecimale, iar microbalanțele vă pot spune masa în grame de până la șase zecimale.

În ciuda acestor diferențe între scale și solduri, termenii „scale” și „solduri” sunt încă utilizați relativ interschimbabil (așa cum este dat de termenul „echilibrul scării”), chiar și în rândul oamenilor de știință, mai ales având în vedere mecanismele utilizate de scări pot măsura, de asemenea, masa, iar cele folosite de balanțe greutate. Înțelegerea acestor mecanisme în detaliu vă poate ajuta să discerneți diferența atunci când este necesar.

Când oamenii se gândesc la cântare sau balanțe, este obișnuit să vizualizeze două mase conectate între ele pe un pivot care cântărește una împotriva celeilalte. Această formă primitivă de determinare a masei sau greutății care a fost la oameni de secole arată fizica forței gravitaționale pe care o folosesc multe cântare și echilibre pentru a determina greutatea sau masa, respectiv.

Cântarele și balanțele pot măsura greutatea și masa respectiv, dar se bazează pe aceleași principii fizice care guvernează forțele gravitaționale pe obiecte. Folosind a doua lege a lui Newton, puteți măsura forța unui obiectFca produs al masei salemde ori accelerarea saAfolosindF = ma.Pentru că forța greutății unui obiectWtrăgând spre Pământ este această forță care folosește o accelerație deg, accelerația gravitațională, puteți rescrie ecuația caL = mgpentru masăma obiectului.

În aplicațiile din lumea reală, cântarele și balanțele ar trebui calibrate în funcție de locația în care se află fiind utilizat deoarece accelerația gravitațională poate varia cu până la 0,5% în diferite părți ale Pământ. După calibrarea cântarului sau a balanței, conversia dintre greutate și masă este simplă pentru instrumentul științific.

Cântarele și balanțele pot însuma această forță alături de alte forțe, cum ar fi schimbarea lungimii unui arc ca răspuns la o greutate plasată pe suprafața instrumentului. Aceste arcuri se extind și se comprimă conformLegea lui Hooke, care vă spune că forța care acționează asupra unui arc, cum ar fi greutatea unui obiect, este direct corelată cu distanța pe care arcul se mișcă ca urmare a acestuia.

Într-o formă similară celei de-a doua legi a lui Newton, această lege este

pentru o forță aplicatăF, rigiditatea izvoruluikiar distanța ca mișcare a arcului ca rezultatX​.

Cântarul arcului poate fi la fel de sensibil și precis pentru a măsura masele în fracțiuni de kilograme. Când pășiți pe o cântare de baie, arcurile din interiorul acesteia se comprimă astfel încât acul sau cadranul să se rotească până când este afișată greutatea dumneavoastră. Din păcate, solzii de primăvară pot fi slăbiți, deoarece arcul este utilizat în mod obișnuit pe o perioadă lungă de timp. Acest lucru face ca arcul să-și piardă capacitatea și să se extindă și să se contracte în mod natural. Din acest motiv, trebuie să fie calibrate corespunzător și constant pentru a preveni acest lucru.

În plus față de Legea lui Hooke, puteți utilizaModulul lui Young(sau modulul elastic) pentru a determina cât de mult va comprima un șir atunci când exercitați greutate asupra acestuia. Este definit ca raportul dintre stres și tensiune, dat de

pentru modulul lui YoungE, stresϵ("epsilon") și tulpinaσ(„sigma”).

Pentru această ecuație, tensiunea este dată ca forță pe unitatea de suprafață, iar deformarea este modificarea lungimii împărțită la lungimea inițială. Modulul Young măsoară rezistența unui material la deformare, iar materialele mai rigide au moduli Young mai mari.

Modulul lui Young are apoi unități de forță pe zonă, la fel ca și presiunea. Puteți utiliza acest lucru pentru a multiplica modulul lui Young cu suprafața arcului care primește greutatea obiectului pentru a obține forța exercitată asupra arcului. Aceasta este aceeași forțăFîn Legea lui Hooke.

Indicatoarele de tensiune utilizate în cântare măsoară schimbarea rezistenței electrice în prezența greutății pe cântar. Dispozitivul de măsurare în sine este o bucată de metal care înconjoară un fir subțire sau o folie dispusă într-un model asemănător rețelei unui circuit electric astfel încât, atunci când experimentează o forță într-o singură direcție, rezistența sa se schimbă chiar cu o cantitate precisă, mică, proporțional cu greutate.

Când greutatea face părțile firului sau foliei mai tensionate și comprimate, rezistența circuitului electric crește, iar manometrul devine mai gros și mai scurt ca răspuns la aceasta. Trimitând un curent prin circuit, cântarele calculează modul în care această rezistență se schimbă din cauza greutății pentru a determina greutatea exercitată asupra lor. Schimbarea rezistenței este, de obicei, foarte mică și în jur de 0,12 Ω, dar acest lucru oferă tensometrelor cu atât mai multă precizie în determinarea greutății.