Салмақ таразымен, қашықтық сызғышпен, қысым манометрмен т.б. өлшенеді. Күшті өлшейтін құрылғы ойлап табылды ма? Мұндай құрал сөзсіз бар. Ол динамометр деп аталады. Айтпақшы, үйде өз қолыңызбен күшті өлшеуге арналған қарапайым, бірақ өте тиімді құрылғыны, өзіңіздің эксклюзивті динамометріңізді жасау оңай.
Масса, күш, салмақ
Әңгімелерде біз масса және салмақ сияқты ұғымдарды жиі шатастырамыз. Олардың арасындағы айырмашылық неде? Шағын мысал. Бізде салмағы 32 келі болатын гимнастикалық шәйнек бар. Осы темір бұйымды үстіне қойсақ, үйдегі таразыларымыз қаншалық көрсетеді. Айдың бетіне ойша жылжайық. Бізбен бірге алып кететін таразылардың көрсеткіштері өзгереді және бар болғаны 5 кг 120 г болады. Бірақ біздің жүйедегі ең үлкен планета Юпитерде ең үлкен тартылыспен таразы 84,5 кг-ды көрсетеді. Шәйнектің массасы өзгерді ме? Жоқ.
Бұл қалай болуы мүмкін? Салмақты ғарыш кеңістігіне орналастырайық, онда салмақсыздық жағдайында таразы мүлде нөлді көрсетеді. Салмақ кетті ме? Бұлай емес екеніне көз жеткізу үшін гимнастикалық аппаратымызды лайықты жылдамдықпен таратып, оны бір немесе басқа нысанаға бағыттаған жөн. Айда, Жерде, Юпитерде жылдамдықпен бірдей тәжірибе қайталансакедергімен соқтығысқан сәтте бірдей болады, қирау бірдей болады.
Барлық мысалдардағы шәйнектің массасы 32 кг болып қалады. Не өзгеріп жатыр? Салмақ таразы платформасына басатын күш. Ал оны өлшеу үшін «салмақ» деп аталатын бұл күш килограмммен емес, Ньютонмен дұрыс.
Бір Ньютон күші Жер планетасының бетіндегі 102 грамм жүктің салмағына тең.
Демек, өз қолымызбен динамометр жасап, біз күш сияқты маңызды физикалық шаманы өлшей аламыз.
Динамометрді жобалаудың жалпы принципі
Гравитация күшті өлшеу үшін сирек қолданылады. Бұл ыңғайсыз ғана емес (салмақ немесе қарсы салмақ тек тігінен жұмыс істей алады), сонымен қатар толығымен дәл емес. Өйткені, біздің Жер шар тәрізді емес. Бұл полюстерде сәл тегістелген эллипсоид. Демек, экваторда планетаның центріне дейінгі қашықтық полюске қарағанда үлкенірек, сонымен қатар, экваторда кез келген денеге центрден тепкіш күш әсер етеді, ол салмағын аздап азайтады, сондықтан салмақ жоғалтуға кепілдік беру үшін (көп болмаса да, тек 0,5%-ға), полюстен экваторға өту керек.
Сондықтан күшті өлшеу үшін көбінесе серпімді элементтердегі құрылғылар қолданылады. Ал кейде орасан зор күшті, мысалы, ғарыштық зымыран қозғалтқышының күшін өлшеу қажет. Мұндай динамометрдің қандай болуы керек екенін елестетуге болады.
Өз қолыңызбен әрең жасайсыз. Бірақ барлық «қуат есептегіштері» үшін жұмыс принципі бірдей: күшсерпімді элементті деформациялайды, құрылғы осы деформацияның мәнін бекітеді.
Стандартты динамометр
Мектептегі физика сабағының зертханалық жұмыстарында күшті өлшейтін қарапайым серіппелі құрылғы пайдаланылды. Өз қолыңызбен динамометрді мектептегінен кем емес қалай жасауға болатынын қарастырыңыз.
Бүкіл құрылғы жиналатын негіз - бұл қарапайым ағаш тақтайшасы немесе поликарбонат, пластик, қалайы жолағы, көптеген нұсқалар бар. Пластинада серіппе бар, оның бір ұшы қатты бекітілген, екіншісі күш жіберілетін денеге қосылған. Әдетте, бұл болат ілмек. Серіппенің созылу дәрежесі түсірілген күшке пропорционал. Деформация мөлшері шкалада көрсетіледі, ол Ньютонмен қолданылады. Динамометр осылай жұмыс істейді. Үйде өз қолыңызбен оны серіппеден жасаудың қажеті жоқ, кез келген серпімді материал, мысалы, серпімді жолақ жақсы жұмыс істейді.
Калибрлеу
Күш өлшегіш жұмыс істеуі үшін оны калибрлеу керек. Мұны істеу үшін гравитацияны қолдануға болады. Бір Ньютонның күші 102 грамм салмаққа сәйкес келетіні белгілі. Динамометр өз қолыңызбен келесі ретпен калибрленеді:
- динамометр тік;
- серіппе жүктелмегенде, көрсеткіш орны 0-ге сәйкес келеді;
- динамометр 102 грамм салмақпен жүктелген, белгісі 1 Ньютон;
- 204 грамм салмақ 2 Ньютонның белгісін береді, т.б.
Көріп отырғаныңыздай, орнатыңызDIY динамометрі оңай.
"Үй" динамометрлерінің әртүрлі конструкциялары
Өлшенетін жүктемені шешу керек. Ал динамометр жасамас бұрын есептеп алған дұрыс. Өз қолыңызбен сіз қуатты құрылғыны да, шағын, бірақ сезімтал құрылғыны да жасай аласыз. Және көптеген дизайн нұсқалары бар.
Мысалы, резеңкеден өз қолыңызбен динамометр жасау оңай. Оның классикалық «мектептен» еш айырмашылығы жоқ. Жалғыз айырмашылығы - серіппенің орнына, мысалы, астыңғы қармақтан немесе ұшақ үлгісінен қол жетімді серпімді жолақ пайдаланылады.
Кішкене қиялмен қарапайым бір реттік шприц күшті өлшейтін құрылғыға айналады. Құрылғы суретте көрсетілген, назар аударатын жалғыз нәрсе - шприцтің поршені, оны айналдыру (немесе өткір пышақпен кесу) қажет, ол шприц корпусының ішінде күш жұмсамай қозғалады.
Қаласаңыз, қаламнан өз қолыңызбен динамометр, серіппелі кәдімгі шарикті қаламсап жасай аласыз.
Таяқшаны сиядан тазартып, жазу шарының ұшын ұнтақтап, ішіне кәдімгі қағаз қыстырғышын салыңыз.
Пьезоэлектрлік элементтердегі динамометр
Соңғы уақытта дайындалған динамометрлер көбінесе пьезоэлектрлік элементтерді қолдану арқылы жасалады. Пьезоэлектрлік элемент – кристал, ұштарындаол механикалық қысу кезінде потенциалдар айырмасы (кернеу) пайда болады. Оның үстіне бұл потенциалдар айырмасының шамасы қысу дәрежесіне байланысты.
Осы типтегі динамометрлер шток инсультінің жоқтығымен (сезімтал элементті басу керек), аса дәлдікпен және өлшеудің үлкен диапазонымен ерекшеленеді. Пьезо элементтері шағын күштерді дәл өлшеуге арналған сезімтал құрылғыларды да, тракторлардың тарту күшін өлшейтін динамометрлерді де жасау үшін қолданылады.
