Nästan alla har varit på en vägningsskala; vissa människor kontrollerar sin vikt dagligen för hälso- eller atletiska ändamål, medan andra använder mer vägningsanordningar i snabbköpet, på jobbet eller som en del av en omfattande vetenskaplig utbildning.
Ofta anklagas vågar för att vara felaktiga, och med rätta; dessa anordningar utsätts för avsevärd mekanisk belastning i förhållande till deras storlek, särskilt i fallet med så kallat badrum eller hushållsvågar, och det tar inte mycket att kasta vägningsdelarna i oordning även om de är ordentligt konstruerade och kalibrerad.
Har du någonsin funderat över hur en skala till och med "vet" hur mycket massa som har lagts till den? Hur förblir dessa enheter, oavsett deras inre funktion, noggranna över tiden? Och vad är påståendet att "vikt inte är samma massa" när det framgår av en blick på kommersiell värld som kilo och pund ofta behandlas som olika enheter av samma fysiska kvantitet?
Vikt och massdefinierad
Massa är ett mått på materia i sig, mängden "grejer" som finns i ett prov. Ett sätt att föreställa sig massan är att den har intertia, vilket innebär att om den inte rör sig måste energi läggas till systemet för att få det att röra sig, medan om det redan rör sig måste energi läggas till för att sakta ner det eller stoppa det rent ut. Intuition berättar att ju mer massivt ett föremål är, desto svårare är det att antingen tränga i rörelse från vila eller stoppa när det är i rörelse.
Vikt är mass multiplicerat med g, accelerationen som alstras av gravitationen. På jorden, den allmänt använda g värdet är 9,8 meter per sekund i kvadrat (m / s2), medan det på månen är betydligt mindre och på Jupiter är det mycket större eftersom dessa kroppar har mindre respektive större massor än jorden. Resultatet är att samma massa kommer att ha en annan vikt när den placeras i ett starkare eller svagare gravitationsfält.
I SI-systemet med enheter (det metriska eller internationella systemet) är basenheten för massa kilogram (kg), medan viktenheten, eller mer kraftfullt, är newtonen (N). Således en person med en massa av 70 kg (cirka 154 pund, eller lb; 1 kg = 2,204 pund) har en vikt på (70) (9,8) = 686 N på jorden.
Mass kontra vikt i vardagen
Pundet är faktiskt en viktenhet, inte massa. Rotenhetens massa i motsvarande imperialistiska eller brittiska enhetssystem är snigel, som till stor del har tagits ur bruk. Eftersom de flesta människor använder sina skalor på jorden och amerikanerna vill veta deras "massa" i pund, införlivas tyngdkraften i vågar på jorden.
Det är därför inte vetenskapligt korrekt att säga "100 kg motsvarar 220,4 pund", men det är rätt att säga "En massa på 100 kg har en vikt på 220,4 pund på jorden." Tänk på att de flesta kvantiteter uppfanns för århundraden sedan, vid en tidpunkt då tyngdkraften förutom jordens inte var värt att redovisa för!
En kort historia av vägningsmaskiner
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716), som krediteras för att uppfinna det matematiska fältet för kalkyl tillsammans med Isaac Newton, tros också ha tänkt på de första vägningsanordningarna. Hans konstruktion var ungefär som det astrologiska tecknet Vågen representeras vanligtvis: En vertikal stolpe med en horisontell stång fixerad till toppen av den med en rörlig fog. Från ändarna av denna horisontella stång hängde två plattor med tillräcklig relativ massa för att hålla enheten i balans.
Leibniz-enhetens geni, kallat a centrumstrålebalans, är att det kan avgöra relativ massor av märkta föremål genom en serie tillägg och subtraktioner av småsten eller liknande. Från detta schema var det oundvikligt att positioner skulle markeras och tilldelas numeriska värden, och ett helt nytt system för att hålla exakt koll på kvantiteter sattes i spel.
I mitten av 1750-talet, den första pendelvågar dök upp, och dessa blev mer detaljerade med tiden eftersom teknisk utveckling möjliggjorde större precision i tillverkningen. Pendelvåg används fortfarande idag i många former, och många är utrustade med elektronik som tillåter omvandling av en viss vikt till ett visst inköpspris.
Typer av vägningsvågar
Mittstrålebalansen, av skäl som sannolikt redan är klara, är inte mer en del av modern vetenskap eller handel än Pony Express. Utan denna nu pittoreska maskin skulle dock ingen av skalorna i modern användning ha uppstått. Ett urval av moderna vägningsmaskiner:
Analytisk balans: Det här är vad du troligen har sett i labbet. Du placerar helt enkelt ett föremål på en tallrik ovanpå enheten och det returnerar en massa (eller, om användaren föredrar, en "massa" i kejserliga enheter som uns eller pund). Dessa är byggda så att plattan vilar under ensam påverkan av tyngdkraften och maskinen balanserar detta genom att internt bestämma den kraft som krävs för att hålla plattan exakt still.
Badrumsvåg: Progressiva framsteg inom teknik har resulterat i modeller som inte längre ligger nära en enhetlig definition av badrumsvåg. De flesta idag är digitala, men "old-school" analoga modeller kvarstår.
Räkningsskala: Detta används för att väga flera objekt som är kända för att ha en jämn vikt (till exempel precisionskullager) och visa ett totalt antal delar baserat på resultatet.
Om du till exempel hade en stor samling olika färgade men annars identiska gummikulor, kunde du bestämma exakt hur många som finns i din samling genom att ladda dem till en sådan skala och ställa in inmatningsparametern till massan av en boll. Således för en uppsättning gummikulor som väger 0,125 kg styck och med en totalvikt på 40 kg skulle maskinen svara att du har [40 kg / (0,125 kg / boll)] = 320 bollar i din samling.
Kranvåg: Dessa vågar har en förväntad kapacitet på 5000 pund (2270 kg) eller mer, vilket är 2,5 ton, liknande de flesta vanliga motorfordon. Dessa är konstruerade för att väga last samtidigt som de hängs upp över marken av en kran. Detta skulle inte vara ett försök för de ouppmärksamma!
Mikrobalans: Dessa kan avläsas till ett värde av 1 mikrogram (1 µg) eller bättre. Ett mikrogram är en miljarddel av ett kilo, vilket betyder att även om det förmodligen inte är en enhet har du korsat mycket på en medveten nivå är det en del av vardagen för kemister, mikrobiologer, farmakologer och många andra vetenskapspersonal.
Postskala: Denna typ av vägningsanordning är ett exempel på en beräkningsskala som visar prisförändringar när massa läggs till eller tas bort för att passa kundernas behov. Den används för att bestämma fraktvikt eller leveransavgifter för brev eller paket som levereras av United States Postal Service (USPS) eller privata rederier.
Fordonsskala: Dessa vågar är konstruerade för vägning av stora lastbilar, lantbruksfordon och andra stora industrifordon. Du har förmodligen sett skyltar som säger "Väg station framåt" om du har kört på amerikanska motorvägar.
Dessa används för att tillämpa säkerhetsbestämmelser, till exempel för att säkerställa att fordon som använder vissa vägar inte överskrider de angivna viktgränserna för dessa vägar - något, återigen, de flesta har inte tillfälle att kika på nära!