Obsah
Váhy a váhy môžu byť použité na podobné účely, ale pochopenie rozdielov v spôsobe výroby ich hmotností vám povie o ich rôznych použitiach. Mnoho ľudí používa slová „mierka“ a „rovnováha“ na označenie rovnakých alebo podobných vecí. To môže spôsobiť nejasnosti pri určovaní toho, čo sa presne meria laboratórnymi technikami, ktoré používajú váhy a váhy.
Čo robia váhy?
Váhy sa zvyčajne používajú pri meraní hmotnosti. Zmerajú silu pôsobiacu na hmotu a na určenie jej hmotnosti použijú vzorec pre hmotnosť objektu na Zemi. Typy váh sa môžu líšiť v tom, ako fungujú. Moderné váhové váhy niekedy používajú sady pružín usporiadané spolu tak, že stupnica meria, koľko pružiny stlačí, aby určila hmotnosť.
Ostatné váhy používajú tenzometre. Sú to zariadenia, ktoré, keď na ne pôsobí sila, sa mierne stlačia, takže je možné zmerať elektrický odpor v tenzometri, zariadenia, ktoré merajú elektrický prúd cez snímač zaťaženia. Odpor v tomto elektrickom obvode koreluje s hmotnosťou umiestnenou na váhe, takže zmena tohto odporu môže byť meraná a prevedená na hmotnosť.
Váhy sa všeobecne používajú v aplikáciách, kde nepotrebujete toľko presnosti a zložitosti váhy. To znamená, že uvidíte použitie pri šliapaní na váhe v telocvični alebo vo vašom vlastnom dome, ako aj v oblastiach s vážením potravinových prísad. Medzi ďalšie typy váh patria mechanické váhy, ktoré merajú hmotnosť priamo podľa toho, koľko sa ihla otáča v dôsledku hmotnosti, alebo digitálne váhy, ktoré používajú tenzometrické zaťaženie, ako je opísané.
Čo robia váhy
Váhy, na druhej strane, vám povedia množstvo všetkého, čo umiestnite na plošinu váhy. Vypočítajú to na základe váhy umiestnenej na platforme váh pomocou rovnakých princípov, aké používajú váhy. Predovšetkým sú však váhy vytvorené pomocou mechanizmu na obnovenie sily, ktorý je v rozpore so silou hmotnosti materiálu na váhe. Táto obnovovacia sila spôsobuje to, že sa objekt vracia do rovnováhy s nulovou čistou silou.
Na rozdiel od mierok sú rovnováhy komplikovanejšie a zvyčajne sa vyskytujú častejšie v laboratóriách, univerzitných výskumných strediskách, zdravotníckych zariadeniach a podobných výskumných prostrediach. Vo všeobecnosti môžu byť presnejšie ako mierky.
Rôzne typy váh môžu zahrnovať mikrováhy, ktoré vážia vzorky hmotnosti na zlomky gramu, analytické váhy, ktoré tiež merajú nepatrné zmeny hmotnosti a presné váhy, ktoré majú väčší rozsah hmotností ako analytické váhy, ale sú menej presné. Presné váhy môžu merať hmotnosť v gramoch s presnosťou na dve alebo tri desatinné miesta. Analytické váhy môžu dosiahnuť vyššiu presnosť, až na štyri desatinné miesta, a mikrobalancie vám môžu povedať hmotnosť v gramoch až na šesť desatinných miest.
Napriek týmto rozdielom medzi mierkami a zostatkami sa výrazy „stupnice“ a „zostatky“ stále používajú pomerne zameniteľne (ako je uvedené v pojme „zostatok stupnice“), dokonca aj medzi vedcami, najmä vzhľadom na mechanizmy, ktoré môžu používať váhy tiež na meranie hmotnosti a váhy. použitie tých váh môže tiež merať hmotnosť. Pochopenie týchto mechanizmov podrobnejšie vám v prípade potreby pomôže rozlíšiť rozdiel.
Váha vah a váh
Keď ľudia premýšľajú o mierkach alebo rovnováhách, je bežné, že si predstavia dve hmoty spojené k sebe na čape, ktorý váži jednu proti druhej. Táto primitívna forma určovania hmotnosti alebo hmotnosti, ktorá bola u ľudí stáročia, ukazuje fyziku gravitačnej sily, ktorú pri určovaní hmotnosti alebo hmotnosti používa mnoho váh a vyvážení.
Váhy a váhy môžu merať hmotnosť a hmotnosť, ale spoliehajú sa na rovnaké fyzikálne princípy, ktorými sa riadia gravitačné sily na objektoch. Pomocou Newtonovho druhého zákona môžete zmerať silu objektu F ako produkt svojej hmotnosti m krát jeho zrýchlenie použitím F = ma. Pretože sila predmetov váži W ťahanie k Zemi je táto sila, ktorá využíva zrýchlenie g, gravitačné zrýchlenie, môžete prepísať rovnicu ako W = mg pre hmotnosť m objektu.
V aplikáciách v reálnom svete by sa váhy a váhy mali kalibrovať na základe miesta, kde sa používajú, pretože gravitačné zrýchlenie sa môže v rôznych častiach Zeme meniť až o 0,5%. Po kalibrovaní mierky alebo vyváženia je pre vedecký prístroj priamy prevod hmotnosti a hmotnosti jednoduchý.
Jarná stupnica
Váhy a váhy môžu túto silu spočítať spolu s inými silami, ako je zmena dĺžky pružiny v závislosti od hmotnosti umiestnenej na povrchu nástrojov. Tieto pružiny sa rozširujú a stlačujú podľa Hookov zákon, ktorý vám hovorí, že sila pôsobiaca na pružinu, ako je napríklad hmotnosť predmetu, je priamo v korelácii so vzdialenosťou, ktorou sa pružina pohybuje v dôsledku toho.
V podobnej podobe ako Newtonov druhý zákon je tento zákon F = kx pre aplikovanú silu F, tuhosť pružiny k a vzdialenosť, ktorou sa pružina pohybuje X.
Pružinová stupnica môže byť taká citlivá a presná, aby mohla merať hmotnosti na zlomky kilogramov. Keď vstúpite na toaletnú váhu, pružiny vo vnútri sa stlačia tak, aby sa ihla alebo číselník otáčali, kým sa nezobrazí vaša hmotnosť. Jarné šupiny môžu byť, bohužiaľ, oslabené, pretože jar sa bežne používa po dlhú dobu. To spôsobuje, že jar stráca svoju schopnosť a rozširuje sa a prirodzene sa sťahuje. Z tohto dôvodu musia byť kalibrované primerane a neustále, aby sa tomu zabránilo.
Okrem zákona o Hookoch môžete použiť aj Youngsov modul (alebo elastický modul) pri určovaní toho, koľko sa vlákno skomprimuje, keď naň budete pôsobiť. Je definovaná ako pomer napätia a kmeňa daný E = ϵ / σ Pre modul Youngs E, stres ϵ ("epsilon") a kmeň σ ( "Sigma").
Pre túto rovnicu je napätie dané ako sila na jednotku plochy a napätie je zmena dĺžky delená pôvodnou dĺžkou. Youngov modul meria odolnosť materiálu proti deformácii a tuhšie materiály majú väčšie Youngov moduly.
Youngov modul potom má jednotky sily na plochu, rovnako ako tlak. Môžete to použiť na vynásobenie Youngovho modulu povrchovou plochou pružiny, ktorá prijíma hmotnosť predmetu, aby ste získali silu vyvíjanú na pružinu. Toto je rovnaká sila F v Hookovom zákone.
Kmeňový obrys
Tenzometre, ktoré sa používajú v váhach, merajú zmenu elektrického odporu v prítomnosti hmotnosti na váhe. Samotný tenzometer je kus kovu, ktorý obklopuje tenký drôt alebo fóliu usporiadanú do mriežky v elektrickom obvode tak, že keď pocítite silu v jednom smere, jeho odpor sa zmení dokonca aj presným, malým množstvom pomer k hmotnosti.
Keď hmotnosť spôsobí, že časti drôtu alebo fólie sú viac napnuté a stlačené, odpor elektrického obvodu sa zvyšuje a tenzometer sa v dôsledku toho stáva silnejším a kratším. Pri prúde v obvode váhy vypočítajú, ako sa tento odpor mení v dôsledku hmotnosti, aby sa určila váha, ktorá na ne pôsobí. Zmena odporu je zvyčajne veľmi malá a približne 0,12 Ω, čo však dáva väčšiu presnosť pri určovaní hmotnosti.