Tehtnica naredi točno to, kar pove že ime: uravnoteži dve postavki. Z eno lahko določite maso predmeta.
Sprehodimo se skozi navodila za izdelavo lestvice ali tehtnice "naredi si sam" in poglejmo, kako deluje fizikalno načelo.
Kako narediti model ravnovesja žarka za šolske projekte
Za izdelavo domače tehtnice masnega ravnovesja boste potrebovali naslednje:
- Robusten nosilec, ki ga lahko izberete glede na to, kaj boste tehtali. Če boste tehtali zelo težke predmete, boste morda potrebovali kos lesa, da boste naredili ogromno tehtnico. Verjetneje boste želeli narediti majhno tehtnico, s katero lahko tehtate majhne predmete, kot so sponke ali kovanci. Za majhno tehtnico lahko kot žarke uporabite palico za pops.
- Oporna točka, ki bo podpirala žarek na eni točki v sredini (ali zelo blizu ene točke). Za majhno lestvico popsicle bi lahko deloval klin iz gume, kot je tanka radirka.
- Majhni predmeti z znano težo, ki delujejo kot sredstvo za merjenje mase neznanega predmeta.
Da bi razumeli namen majhnih predmetov z znano težo, moramo vedeti, kako deluje tehtnica ali tehtnica.
Kako deluje tehtnica žarka?
Fizični princip za tehtnico je navor. Sila, ki deluje na žarek na določeni razdalji od oporišča (ki se imenuje ročica vzvoda), ali točka, kjer je uravnotežen, povzroči navor. Navor povzroči rotacijsko gibanje, če navori niso uravnoteženi.
Ta tehtnica uporablja to načelo za merjenje mase ali teže.
Formula za navor τ je
\ tau = F \ krat r
kjeFje sila, ki jo uporabi objekt, inrje ročica vzvoda. Upoštevajte, da je operacija navzkrižni produkt, ki je vektorska in ne množenje. Navzkrižni zmnožek ne bo nič, če je neka komponenta sile pravokotna na ročico vzvoda.
Jasno je, da je za ravnotežje žarka ročico ročice mogoče predstaviti kot vektor, ki se začne v oporišču in kaže proti koncu žarka. Vektor sile se začne na točki, kjer se nahaja masa, in je vzporedna s smerjo gravitacije.
Če želite preveriti, ali je ta enačba smiselna, pomislite na odpiranje vrat. Če želite odpreti vrata, morate povleči pravokotno na vrata. Če bi se soočili z robom vrat in pritisnili ali povlekli, ne bi odprli vrat. Enačba za navor natančno opisuje te fizikalne pojave.
Za dvodimenzionalne probleme postane formula
\ tau = Fr \ sin {\ theta}
v tem primeru je bil izveden navzkrižni zmnožek, sinus kota med smermi sile in ročico ročice pa je θ. Ko se kot med silo in ročico ročice približuje 0, se tudi navor poveča na 0, kar je smiselno.
Nazaj na tehtnico ali tehtnico DIY
Za uporabo tehtnice za določanje mase predmeta je treba predmet neznane mase postaviti na en konec tehtnice. To bo povzročilo navor in tehtnica se bo vrtela okoli oporišča in počivala na tleh, dokler navor ne bo uravnotežen. Torej, kako lahko uravnotežimo navor?
Tu so potrebni predmeti z znano maso.
Predmete z znano maso lahko počasi dodajamo na nasprotni konec in začnemo določiti ustrezno silo. Ko je žarek uravnotežen in sta oba konca na enaki višini od tal, so sile na obeh koncih nosilca uravnotežene.
Ko se to zgodi, lahko seštejete skupno maso, ki je bila potrebna za uravnoteženje žarka, ki določa maso neznanega predmeta.
Ne pozabite, da morajo biti ročice na obeh straneh nosilca popolnoma enake. V nasprotnem primeru sile, potrebne za uravnoteženje navora, ne bodo popolnoma enake, za določitev neznane mase pa bi bil potreben dodaten izračun.