Sisältö
- Mitä vaa'at tekevät
- Mitä tasapainot tekevät
- Paino vaa'oilla ja vaa'oilla
- Kevään asteikko
- Jännitysmittari
Vaa'at ja vaa'at voidaan käyttää samanlaisiin asioihin, mutta kun ymmärrät erojen niiden painontuotannossa, kerrotaan erilaisista käytöistä. Monet ihmiset käyttävät sanoja "mittakaava" ja "tasapaino" tarkoittamaan samoja tai samankaltaisia asioita. Tämä voi aiheuttaa sekaannusta sen määrittämisessä, mitä tarkasti mitataan laboratoriotekniikoilla, joissa käytetään vaakoja ja vaa'koja.
Mitä vaa'at tekevät
Vaakoja käytetään yleensä painoa mitattaessa. Ne mittaavat massaan vaikuttavan voiman ja käyttävät kaavaa maan maassa olevan esineen painoon massan määrittämiseksi. Punnitusasteikon tyypit voivat vaihdella niiden työskentelytavassa. Nykyaikaiset vaa'at käyttävät joskus jousien sarjaa, jotka on järjestetty toisiinsa siten, että vaaka mittaa kuinka paljon jousi puristuu painon määrittämiseksi.
Muut vaa'at käyttävät venymämittareita. Nämä ovat laitteita, jotka kun niihin kohdistuu voima, puristuvat hieman siten, että venymämittarin sähköinen vastus, mittauslaitteet, jotka mittaavat sähkövirran kuormituskennon läpi, voidaan mitata. Tämän sähköpiirin vastus korreloi asteikolle asetetun painon kanssa, joten tämän vastusmuutos voidaan mitata ja muuntaa painoksi.
Vaa'oja käytetään yleensä sovelluksissa, joissa et tarvitse yhtä paljon tarkkuutta ja vaakatason monimutkaisuutta. Tämä tarkoittaa sitä, että näet käytön astuessasi punnitusasteikolla kuntosalilla tai omassa kodissasi, samoin kuin alueilla, joilla punnitaan elintarvikkeiden ainesosia. Muun tyyppisiin punnitusasteikkoihin kuuluvat mekaaniset vaa'at, jotka mittaavat massan suorana neulan kääntyessä painon takia tai digitaaliset vaa'at, jotka käyttävät kuormitusmittaria kuvatulla tavalla.
Mitä tasapainot tekevät
Tasapainot, toisaalta, kertovat sinulle kaiken, mitä sijoitat vaakatasolle. He laskevat tämän painon perusteella, joka on asetettu vaakatasolle, käyttäen samoja periaatteita, joita vaa'at käyttävät. Mutta erityisesti vaa'at rakennetaan yleensä voiman palauttamismekanismilla, joka vastustaa materiaalin painovoimaa tasapainossa. Tämä palautusvoima on se, joka saa esineen palaamaan tasapainoon nettovoiman ollessa nolla.
Toisin kuin asteikot, tasapainot ovat monimutkaisempia, ja niitä nähdään yleensä useammin laboratorioissa, yliopistojen tutkimuskeskuksissa, lääketieteellisissä tiloissa ja vastaavissa tutkimusympäristöissä. Ne voivat yleensä olla tarkempia kuin vaa'at.
Erityyppisiin punnitusvaakoihin voi sisältyä mikrotasapaino, joka punnitsee massanäytteet gramman murtoihin, analyyttiset vaa'at, jotka mittaavat myös pienen painon muutokset, ja tarkkuusvaa'at, joilla on suurempi painoalue kuin analyyttisillä vaa'oilla, mutta vähemmän tarkkuus. Tarkkuusvaa'at voivat mitata massa grammoina kahden tai kolmen desimaalin tarkkuudella. Analyyttiset vaa'at voivat saavuttaa suuremman tarkkuuden, korkeintaan neljä desimaalia, ja mikrotasapainot voivat ilmoittaa massa grammoina, jopa kuusi desimaalia.
Huolimatta näistä eroista asteikkojen ja tasapainojen välillä, termejä "asteikot" ja "tasapainot" käytetään edelleen suhteellisen vaihdettavasti (kuten termillä "mittakaavan tasapaino" annetaan), jopa tutkijoiden keskuudessa, etenkin kun otetaan huomioon mekanismit, joiden avulla asteikot voivat myös mitata massaa ja ne tasapainotus voivat myös mitata painoa. Näiden mekanismien ymmärtäminen yksityiskohtaisemmin voi auttaa sinua havaitsemaan eron tarvittaessa.
Paino vaa'oilla ja vaa'oilla
Kun ihmiset ajattelevat vaakaa tai vaakaa, sen yhteisenä he visualisoivat kaksi toisiinsa liitettyä massaa nivelillä, jotka painavat toisiaan vastaan. Tämä primitiivinen muoto massan tai painon määrittämiseksi, joka on ollut ihmisten kanssa vuosisatojen ajan, osoittaa sen painovoiman fysiikan, jota monet vaa'at ja tasapainot käyttävät painon tai massan määrittämiseen.
Vaaka ja massa voivat mitata painoa ja massaa vastaavasti, mutta ne tukeutuvat samoihin fyysisiin periaatteisiin, jotka ohjaavat esineiden painovoimia. Newtonin toisella lailla voit mitata esineen voiman F tuotteena massanaan m kertaa sen kiihtyvyys käyttämällä F = ma. Koska esineen voima painaa W vetäminen kohti maata on tämä voima, joka käyttää kiihtyvyyttä g, painovoimakiihtyvyys, voit kirjoittaa yhtälön seuraavasti: W = mg massalle m esineen.
Todellisen maailman sovelluksissa asteikot ja vaa'at tulisi kalibroida sen perusteella, missä niitä käytetään, koska painovoima kiihtyvyys voi vaihdella jopa 0,5% maan eri osissa. Asteikon tai tasapainon kalibroinnin jälkeen painon ja massan muunto on suoraa tieteelliselle instrumentille.
Kevään asteikko
Vaa'at ja vaa'at voivat summata tämän voiman muiden voimien, kuten jousen pituuden muutoksen, vastauksena instrumentin pintaan asetettuun painoon. Nämä jouset laajenevat ja puristuvat Hookes-laki, joka kertoo, että jousiin vaikuttava voima, kuten esineen paino, korreloi suoraan etäisyyden kanssa, jota jousi liikkuu sen seurauksena.
Samassa muodossa kuin Newtonin toinen laki, tämä laki on F = kx kohdistetulle voimalle F, jousen jäykkyys K ja etäisyys, jonka jousi liikkuu seurauksena x.
Jousiasteikko voi olla yhtä herkkä ja tarkka massojen mittaamiseksi puntaosuuksiin. Kun astut kylpyhuonevaa'alle, sen sisällä olevat jouset puristuvat siten, että neula tai kellotapa pyörii, kunnes paino näkyy. Jousvaa'at voivat valitettavasti alistua löysälle, koska jousta käytetään rutiininomaisesti pitkän ajanjakson ajan. Tämän vuoksi jousi menettää kykynsä ja laajentua ja supistua luonnollisesti. Tästä syystä ne on kalibroitava asianmukaisesti ja jatkuvasti estääksesi tätä.
Hookes-lain lisäksi voit käyttää Nuorten moduuli (tai kimmokerroin) määritettäessä, kuinka paljon merkkijono puristuu, kun painot sitä. Se määritellään jännityksen ja rasituksen suhteeksi, jonka on ilmoittanut E = ϵ / σ Youngs-moduulille E, stressi ϵ ("epsilon") ja kanta σ ( "Sigma").
Tätä yhtälöä varten jännitys annetaan voimana pinta-alayksikköä kohti, ja jännitys on pituuden muutos jaettuna alkuperäisellä pituudella. Youngs-moduuli mittaa materiaalin kestävyyttä muodonmuutokselle, ja jäykemmillä materiaaleilla on suurempi Youngs-moduuli.
Youngs-moduulilla on sitten voimayksiköt aluetta kohti, samoin kuin paineella. Tämän avulla voit kertoa Youngs-moduulin jousen pinta-alasta, joka vastaanottaa esineen painon jouselle kohdistetun voiman saamiseksi. Tämä on sama voima F Hookesin laissa.
Jännitysmittari
Punnitusvaakoissa käytetyt venymittarit mittaavat sähkövastuksen muutosta, kun paino on asteikolla. Itse venymämittari on metalliosa, joka ympäröi ohutta lankaa tai kalvoa, joka on järjestetty sähköpiirin ristikkomaiseen kuvioon siten, että koettaessa voimaa yhteen suuntaan sen resistanssi muuttuu jopa tarkalla, pienellä määrällä suhde painoon.
Kun paino tekee johtimen tai folion osista jännittyneempiä ja puristuneempia, sähköpiirin vastus kasvaa ja venymämittari paksenee ja lyhenee vastauksena tähän. Kun virta johdetaan piirin läpi, asteikot laskevat kuinka tämä vastus muuttuu painosta johtuen niihin kohdistuvan painon määrittämiseksi. Vastuksen muutos on yleensä erittäin pieni ja noin 0,12 Ω, mutta tämä antaa venymämittareille entistä tarkemmin painon määrittämisessä.