อาจใช้ตาชั่งและตาชั่งสำหรับสิ่งที่คล้ายกัน แต่การเข้าใจความแตกต่างในการผลิตตุ้มน้ำหนักจะบอกคุณถึงการใช้งานที่แตกต่างกัน หลายคนใช้คำว่า "มาตราส่วน" และ "สมดุล" เพื่อหมายถึงสิ่งเดียวกันหรือคล้ายกัน ซึ่งอาจทำให้เกิดความสับสนในการพิจารณาว่าสิ่งใดที่วัดได้อย่างแม่นยำโดยใช้เทคนิคในห้องปฏิบัติการที่ใช้เครื่องชั่งและเครื่องชั่ง
เครื่องชั่งทำอย่างไร
โดยทั่วไปจะใช้เครื่องชั่งน้ำหนักในการวัดน้ำหนัก พวกเขาวัดแรงที่กระทำต่อมวลและใช้สูตรสำหรับน้ำหนักของวัตถุบนโลกเพื่อกำหนดน้ำหนักของมัน ประเภทของเครื่องชั่งน้ำหนักอาจแตกต่างกันไปในลักษณะการทำงาน เครื่องชั่งน้ำหนักสมัยใหม่บางครั้งใช้ชุดสปริงที่จัดเรียงเข้าด้วยกันเพื่อให้เครื่องชั่งวัดว่าสปริงบีบอัดมากน้อยเพียงใดเพื่อกำหนดน้ำหนัก
เครื่องชั่งน้ำหนักอื่นๆ ใช้ประโยชน์จากเซลล์โหลดสเตรนเกจ เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่เมื่อออกแรงกดทับเล็กน้อยเพื่อให้ไฟฟ้า ความต้านทานในสเตรนเกจ อุปกรณ์ที่วัดกระแสไฟฟ้าผ่านโหลดเซลล์ สามารถ can วัด ความต้านทานในวงจรไฟฟ้านี้มีความสัมพันธ์กับน้ำหนักที่วางอยู่บนตาชั่ง จึงสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานนี้และแปลงเป็นน้ำหนักได้
โดยทั่วไปแล้วเครื่องชั่งจะใช้ในการใช้งานที่คุณไม่จำเป็นต้องมีเครื่องชั่งที่แม่นยำและซับซ้อนมากนัก ซึ่งหมายความว่าคุณจะเห็นการใช้งานเมื่อเหยียบเครื่องชั่งน้ำหนักที่โรงยิมหรือในบ้านของคุณเอง รวมถึงการชั่งน้ำหนักส่วนผสมอาหาร เครื่องชั่งน้ำหนักประเภทอื่นๆ ได้แก่ เครื่องชั่งเชิงกลที่วัดมวลโดยตรงไปตรงมาโดยดูว่าเข็มหมุนไปมากเพียงใดเนื่องจากน้ำหนักหรือตาชั่งดิจิทัลที่ใช้เกจวัดน้ำหนักความเครียดตามที่อธิบายไว้
ยอดคงเหลือทำอย่างไร
ในทางกลับกัน เครื่องชั่งจะบอกคุณถึงมวลของสิ่งที่คุณวางบนแท่นชั่ง พวกเขาคำนวณสิ่งนี้โดยพิจารณาจากน้ำหนักที่วางบนแท่นชั่งโดยใช้หลักการเดียวกันกับที่เครื่องชั่งใช้ แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องชั่งมักสร้างขึ้นโดยใช้กลไกการคืนค่าแรงที่ขัดต่อแรงของน้ำหนักของวัสดุบนเครื่องชั่ง แรงฟื้นฟูนี้เป็นสาเหตุที่ทำให้วัตถุกลับสู่สภาวะสมดุลด้วยแรงสุทธิเป็นศูนย์
ในทางตรงกันข้ามกับเครื่องชั่ง เครื่องชั่งมีความซับซ้อนมากกว่า และมักพบเห็นได้บ่อยในห้องปฏิบัติการ ศูนย์วิจัยของมหาวิทยาลัย สถานพยาบาล และสภาพแวดล้อมการวิจัยที่คล้ายคลึงกัน โดยทั่วไปสามารถแม่นยำกว่าเครื่องชั่งได้เช่นกัน
เครื่องชั่งประเภทต่างๆ อาจรวมถึงเครื่องชั่งอ่านละเอียดระดับไมโครที่ชั่งน้ำหนักตัวอย่างมวลเป็นเศษส่วนของกรัม ซึ่งเป็นเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ที่ ยังวัดการเปลี่ยนแปลงในนาทีของน้ำหนักและเครื่องชั่งที่แม่นยำ ซึ่งมีช่วงน้ำหนักที่มากกว่าเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์แต่น้อยกว่า ความแม่นยำ เครื่องชั่งที่แม่นยำสามารถวัดมวลเป็นกรัมได้อย่างแม่นยำด้วยทศนิยมสองหรือสามตำแหน่ง เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์สามารถบรรลุความเที่ยงตรงที่มากขึ้น โดยมีจุดทศนิยมสูงสุดสี่ตำแหน่ง และเครื่องชั่งอ่านละเอียดระดับไมโครสามารถบอกมวลเป็นกรัมได้ถึงทศนิยมหกตำแหน่ง
แม้จะมีความแตกต่างระหว่างตาชั่งและเครื่องชั่ง คำว่า "ตาชั่ง" และ "เครื่องชั่ง" ยังคงใช้แทนกันได้ค่อนข้าง (ตามที่กำหนดโดยคำศัพท์ "เครื่องชั่งมาตราส่วน") แม้กระทั่งในหมู่นักวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากกลไกที่เครื่องชั่งใช้ก็อาจวัดมวลได้เช่นกัน และเครื่องชั่งที่ใช้ก็วัดได้เช่นกัน น้ำหนัก. การทำความเข้าใจกลไกเหล่านี้อย่างละเอียดยิ่งขึ้นสามารถช่วยให้คุณมองเห็นความแตกต่างเมื่อจำเป็น
น้ำหนักบนตาชั่งและเครื่องชั่ง
เมื่อผู้คนนึกถึงตาชั่งหรือตาชั่ง เป็นเรื่องปกติที่พวกเขานึกภาพมวลสองก้อนที่เชื่อมต่อกันบนเดือยที่มีน้ำหนักตัวหนึ่งเทียบกับอีกก้อนหนึ่ง รูปแบบดั้งเดิมของการกำหนดมวลหรือน้ำหนักที่อยู่ร่วมกับมนุษย์มานานหลายศตวรรษนี้แสดงให้เห็นว่า ฟิสิกส์ของแรงโน้มถ่วงที่เครื่องชั่งและเครื่องชั่งจำนวนมากใช้ในการกำหนดน้ำหนักหรือมวล ตามลำดับ
ตาชั่งและตาชั่งอาจวัดน้ำหนักและมวลตามลำดับ แต่ต้องใช้หลักการทางกายภาพเดียวกันที่ควบคุมแรงโน้มถ่วงของวัตถุ ด้วยกฎข้อที่สองของนิวตัน คุณสามารถวัดแรงของวัตถุได้Fเป็นผลจากมวลของมันมคูณด้วยอัตราเร่งใช้ฟ = ม.เพราะแรงของน้ำหนักของวัตถุWการดึงเข้าหาโลกเป็นแรงที่ใช้ความเร่งของก, ความเร่งโน้มถ่วง คุณสามารถเขียนสมการใหม่เป็นW = มก.สำหรับมวลมของวัตถุ
ในการใช้งานจริง เครื่องชั่งและเครื่องชั่งควรได้รับการสอบเทียบตามตำแหน่งที่อยู่ที่ ถูกใช้เพราะความเร่งโน้มถ่วงสามารถแปรผันได้มากถึง 0.5% ในส่วนต่างๆ ของ โลก. หลังจากสอบเทียบเครื่องชั่งหรือเครื่องชั่งแล้ว การแปลงระหว่างน้ำหนักและมวลจะตรงไปตรงมาสำหรับเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์
สปริงสเกล
ตาชั่งและตาชั่งอาจรวมแรงนี้ควบคู่ไปกับแรงอื่นๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงความยาวของสปริงเพื่อตอบสนองต่อน้ำหนักที่วางบนพื้นผิวของเครื่องมือ สปริงเหล่านี้ขยายตัวและบีบอัดตามกฎของฮุคซึ่งบอกคุณว่าแรงที่กระทำต่อสปริง เช่น น้ำหนักของวัตถุมีความสัมพันธ์โดยตรงกับระยะที่สปริงเคลื่อนที่อันเป็นผลมาจากสปริงนั้น
ในรูปแบบที่คล้ายกับกฎข้อที่สองของนิวตัน กฎนี้คือ
F=kx
สำหรับแรงที่ใช้F, ความฝืดของสปริงkและระยะที่สปริงเคลื่อนตัวเป็นผลx.
มาตราส่วนสปริงนั้นละเอียดอ่อนและแม่นยำในการวัดมวลเป็นเศษส่วนของปอนด์ เมื่อคุณเหยียบสเกลในห้องน้ำ สปริงด้านในจะกดทับจนเข็มหรือแป้นหมุนหมุนไปจนกว่าจะแสดงน้ำหนักของคุณ น่าเสียดายที่เครื่องชั่งสปริงอาจหย่อนยานได้เนื่องจากสปริงถูกใช้เป็นประจำในระยะเวลานาน ทำให้สปริงสูญเสียความสามารถและขยายตัวและหดตัวตามธรรมชาติ ด้วยเหตุนี้จึงต้องได้รับการสอบเทียบอย่างเหมาะสมและสม่ำเสมอเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดเหตุการณ์เช่นนี้ขึ้น
นอกจากกฎของฮุคแล้ว คุณสามารถใช้โมดูลัสของ Young(หรือโมดูลัสยืดหยุ่น) ในการกำหนดว่าสตริงจะบีบอัดมากน้อยเพียงใดเมื่อคุณออกแรงกดน้ำหนัก มันถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของความเครียดต่อความเครียดที่กำหนดโดย
E=\frac{\epsilon}{\sigma}
สำหรับโมดูลัสของ Youngอี, ความเครียดϵ("epsilon") และความเครียดσ("ซิกมา")
สำหรับสมการนี้ ให้ความเค้นเป็นแรงต่อหน่วยพื้นที่ และความเครียดคือการเปลี่ยนแปลงความยาวหารด้วยความยาวเดิม โมดูลัสของ Young วัดความต้านทานของวัสดุต่อการเสียรูป และวัสดุที่แข็งกว่าจะมีโมดูลัสของ Young มากกว่า
โมดูลัสของ Young จะมีหน่วยของแรงต่อพื้นที่ เช่นเดียวกับแรงกด คุณสามารถใช้สิ่งนี้เพื่อคูณโมดูลัสของ Young ด้วยพื้นที่ผิวของสปริงที่รับน้ำหนักของวัตถุเพื่อให้ได้แรงที่กระทำต่อสปริง นี่ก็แรงเหมือนกันFในกฎของฮุก
สเตรนเกจ
สเตรนเกจที่ใช้ในเครื่องชั่งน้ำหนักจะวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าเมื่อมีตุ้มน้ำหนักอยู่บนเครื่องชั่ง สเตรนเกจเป็นชิ้นส่วนของโลหะที่พันรอบลวดหรือฟอยล์บาง ๆ เรียงเป็นวงจรไฟฟ้าคล้ายกริด เช่นนั้น เมื่อสัมผัสกับแรงในทิศทางเดียว แรงต้านจะเปลี่ยนแปลงไปแม้เพียงเล็กน้อยอย่างแม่นยำตามสัดส่วนของ น้ำหนัก.
เมื่อน้ำหนักทำให้ส่วนต่างๆ ของลวดหรือฟอยล์ตึงและบีบอัดมากขึ้น ความต้านทานของวงจรไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น และสเตรนเกจจะหนาขึ้นและสั้นลงเพื่อตอบสนองต่อสิ่งนี้ การส่งกระแสผ่านวงจร ตาชั่งจะคำนวณว่าความต้านทานนี้เปลี่ยนแปลงอย่างไรเนื่องจากน้ำหนักเพื่อกำหนดน้ำหนักที่กระทำต่อพวกมัน การเปลี่ยนแปลงความต้านทานมักจะใช้เวลาเพียงไม่กี่นาทีและประมาณ 0.12 Ω แต่สิ่งนี้ทำให้สเตรนเกจมีความแม่นยำมากขึ้นในการกำหนดน้ำหนัก