Sisu
Kaalusid ja kaalusid võib kasutada sarnaste asjade jaoks, kuid raskuste mõõtmise erinevuste mõistmine näitab teile nende erinevat kasutamist. Paljud inimesed kasutavad samu või sarnaseid asju sõnades "skaala" ja "tasakaal". See võib tekitada segadust selle määramisel, mida täpselt mõõdetakse skaala ja kaalusid kasutavate laboratoorsete meetodite abil.
Mida Kaalud teevad
Kaalu mõõtmisel kasutatakse tavaliselt kaalu. Nad mõõdavad massi mõjutavat jõudu ja kasutavad Maal asuva objekti massi määramiseks valemit. Kaalude tüübid võivad tööpõhimõtetes erineda. Kaasaegsed kaalud kasutavad mõnikord vedrude komplekte, mis on paigutatud üksteisega nii, et kaal mõõdab, kui palju vedru surub, et kaal määrata.
Muud kaalud kasutavad deformatsiooni koormusandureid. Need on seadmed, mis neile mõjuva jõu mõjul pisut suruvad kokku, nii et deformatsiooni mõõteseadme elektritakistust - seadet, mis mõõdab koormusanduri kaudu elektrivoolu - saab mõõta. Selle elektriahela takistus korreleerub skaalal asetatud kaaluga, nii et selle takistuse muutust saab mõõta ja selle kaaluks teisendada.
Kaalusid kasutatakse tavaliselt rakendustes, kus teil pole vaja nii palju täpsust ja keerukust. See tähendab, et näete kasutamist spordisaalis või oma kodus kaalumiskaval astumisel, aga ka toidu koostisosade kaalumisel. Muud tüüpi kaalude hulka kuuluvad mehaanilised kaalud, mis mõõdavad massi sirgjooneliselt nõela pöördenurga järgi, või digitaalsed kaalud, mis kasutavad kirjeldatud koormusnäidikut.
Mida tasakaalud teevad
Kaalud seevastu ütlevad teile massi, mida iganes te kaalude platvormile asetate. Nad arvutavad selle kaalude põhjal, mis asetatakse kaaluplatvormile, kasutades samu põhimõtteid, mida kaalud. Kuid eriti kaalude ehitamisel kasutatakse tavaliselt jõu taastamise mehhanismi, mis vastandub materjali raskusele kaalule. See taastamisjõud on see, mis põhjustab objekti tasakaalu taastamise netojõu nulliga.
Vastupidiselt skaaladele on tasakaalud keerukamad ja neid nähakse sagedamini laborites, ülikoolide uurimiskeskustes, meditsiiniasutustes ja sarnastes uurimiskeskkondades. Need võivad olla täpsemad kui ka skaalad.
Erinevat tüüpi kaalude hulka võivad kuuluda mikrotasakaalud, mis kaaluvad massiproovid grammi osadeni, analüütilised kaalud, mis mõõdavad ka väiksemat kaalumuutust ja täpsuskaalud, millel on suurem kaalulatus kui analüütilisel kaalul, kuid vähem täpsus. Täppiskaalud võivad mõõta massi grammides täpsusega kuni kaks või kolm kohta pärast koma. Analüütilised kaalud võivad saavutada suurema täpsuse, kuni nelja kümnendkoha täpsusega, ja mikrotasakaalud annavad teile grammides täpsusega kuni kuue kümnendkoha täpsusega.
Hoolimata nendest erinevustest skaalade ja tasakaalude vahel, kasutatakse termineid "kaalud" ja "tasakaalud" endiselt suhteliselt vaheldumisi (nagu see on antud termini "skaala tasakaal" järgi), isegi teadlaste seas, eriti arvestades mehhanisme, mille abil skaalade kasutamine võib mõõta ka massi ja kaalu abil saab kaalu mõõta. Nende mehhanismide üksikasjalikum mõistmine võib aidata teil vajaduse korral vahet märgata.
Kaal kaaludele ja kaaludele
Kui inimesed mõtlevad kaaludele või kaaludele, näevad nad tavalist kahte üksteisega ühendatud massi pöördelaual, mis kaaluvad üksteise suhtes. See massi või kaalu määramise primitiivne vorm, mis on inimestega sajandeid olnud, näitab gravitatsioonijõu füüsikat, mida paljud kaalud ja kaalud kasutavad vastavalt kaalu või massi määramiseks.
Kaalud ja kaalud võivad mõõta vastavalt kaalu ja massi, kuid need tuginevad samadele füüsikalistele põhimõtetele, mis reguleerivad objektide gravitatsioonijõude. Newtoni teise seaduse abil saate mõõta objekti jõudu F kui selle massi saadus m korda kiirendust a kasutades F = ma. Kuna eseme jõud kaaluvad W Maa poole tõmbamine on see jõud, mis kasutab kiirendust g, gravitatsioonikiirendus, saate võrrandi ümber kirjutada järgmiselt: W = mg missa jaoks m objekti.
Reaalsetes rakendustes peaksid kaalud ja kaalud olema kalibreeritud vastavalt nende kasutamise asukohale, kuna gravitatsioonikiirendus võib erineda Maa erinevates osades kuni 0,5%. Pärast skaala või tasakaalu kalibreerimist on teadusliku instrumendi puhul kaalu ja massi teisendamine lihtne.
Kevadine skaala
Kaalud ja kaalud võivad selle jõu kokku liita muude jõududega, näiteks vedru pikkuse muutumisega vastusena instrumendi pinnale asetatud raskusele. Need vedrud laienevad ja suruvad vastavalt Hookesi seadus, mis ütleb teile, et vedrule mõjuv jõud, näiteks eseme kaal, on otseselt korrelatsioonis vahemaaga, mida vedru selle tagajärjel liigutab.
Newtoni teise seadusega sarnasel kujul on see seadus selline F = kx rakendatud jõu jaoks F, vedru jäikus k ja vahemaa, mille tõttu vedru liigub x.
Vedruskaala võib olla nii tundlik ja täpne, et mõõta massi naelte murdudeni. Vannitoa kaalule astudes suruvad selle sees olevad vedrud nii, et nõel või ketas pöörleb, kuni teie kaal on kuvatud. Vedrukaalu võib kahjuks aeglustada, kuna vedru kasutatakse rutiinselt pika aja jooksul. See põhjustab vedru võime kaotamise ning laienemise ja loomuliku kokkutõmbumise. Sel põhjusel tuleb neid vastavalt kalibreerida, et seda vältida.
Lisaks Hookesi seadusele saate kasutada ka Noorte moodul (või elastsusmoodul) selle määramisel, kui palju stringi tihendatakse, kui sellele pingutate. Seda määratletakse pinge ja deformatsiooni suhtena, mis on arvutatud: E = ϵ / σ Jaoks Youngs moodul E, stress ϵ ("epsilon") ja tüvi σ ("sigma").
Selle võrrandi jaoks antakse stress kui jõud pinnaühiku kohta ja deformatsioon on pikkuse muutus, jagatud algse pikkusega. Youngi moodul mõõdab materjali vastupidavust deformeerumisele ja jäigematel materjalidel on suurem Youngi moodul.
Youngi moodulil on seejärel jõuühikud pindala kohta, nagu ka rõhul. Selle abil saate Youngi mooduli korrutada vedru pinnaga, mis võtab vastu objekti raskust, et saada vedrule rakendatav jõud. See on sama jõud F aastal Hookesi seaduses.
Tüve mõõtur
Kaalumis kasutatavad deformatsioonimõõdikud mõõdavad elektritakistuse muutust kaalu olemasolu korral skaalal. Pingutusmõõtur ise on metallitükk, mis ümbritseb õhukest traati või fooliumi, mis on paigutatud elektriskeemi võrekujulisse mustrisse, nii et kui jõud kogeb ühes suunas, muutub selle takistus isegi täpse, väikese koguse proportsioon kaalust.
Kui kaal muudab traadi või fooliumi osi pingelisemalt ja kokkusurutumaks, suureneb elektriahela takistus ja pinge gabariit muutub sellele reageerides paksemaks ja lühemaks. Kui vooluahelat läbib vool, arvutavad kaalud, kuidas see takistus raskuse tõttu muutub, et määrata neile mõjuv kaal. Takistuse muutus on tavaliselt väga minutiline ja umbes 0,12 Ω, kuid see annab deformatsiooninäidikutele kaalu määramisel veelgi suurema täpsuse.