Съдържание
Везните и везните може да се използват за подобни неща, но разбирането на разликите в начина, по който тежат теглото, ви казва за различните им приложения. Много хора използват думите "мащаб" и "баланс", за да означават едни и същи или подобни неща. Това може да предизвика объркване при определяне на това какво точно се измерва чрез лабораторни техники, които използват скали и везни.
Какво правят Везните
Везните обикновено се използват при измерване на теглото. Те измерват силата, действаща върху маса и използват формулата за теглото на обект на Земята, за да определят теглото му. Типовете на скала за претегляне могат да варират в начина им на работа. Съвременните везни за тежест понякога използват комплекти пружини, подредени заедно, така че скалата измерва колко пружината се компресира, за да се определи теглото.
Други везни за претегляне използват клетки за натоварване на тежести. Това са устройства, които когато се упражнява сила върху тях, леко се компресират така, че да може да се измери електрическо съпротивление в тензометричния уред, устройства, които измерват електрическия ток през товарната клетка. Съпротивлението в тази електрическа верига корелира с теглото, поставено на скалата, така че промяната в това съпротивление може да бъде измерена и преобразувана в тегло.
Везните обикновено се използват в приложения, където не се нуждаете от толкова точност и сложност на баланса. Това означава, че ще видите употреба, когато стъпвате на тежест в салона или в собствения си дом, както и в райони за претегляне на хранителните съставки. Други видове скала за претегляне включват механични везни, които измерват масата направо с това колко се завърта иглата поради теглото или цифрови везни, които използват тензодатчик за натоварване, както е описано.
Какво правят балансите
Балансите, от друга страна, ви казват масата на каквото и да поставите на платформата на везната. Те изчисляват това въз основа на теглото, поставено върху платформата на везната, като използват същите принципи, които използват везните. Но по-специално балансите се изграждат с помощта на механизъм за възстановяване на сила, който се противопоставя на силата на теглото на материала върху везната. Тази възстановителна сила е това, което кара обекта да се върне в равновесие с нетна сила от нула.
За разлика от везните, балансите са по-сложни и обикновено се наблюдават по-често в лаборатории, университетски изследователски центрове, медицински заведения и други подобни изследователски среди. Като цяло те могат да бъдат по-прецизни и от скалите.
Различните видове везни за претегляне могат да включват микробаланси, които претеглят масови проби до части от грам, аналитични везни, които също измерват минутните промени в теглото и баланса на прецизността, които имат по-голям диапазон от тегла от аналитичните везни, но по-малка точност. Прецизните везни могат да измерват масата в грамове с точност до два или три десетични знака. Аналитичните баланси могат да постигнат по-голяма точност, до четири десетични знака, а микробалансите могат да ви покажат маса в грамове до шест десетични знака.
Въпреки тези разлики между кантара и баланса, термините "везни" и "баланси" все още се използват сравнително взаимозаменяемо (както е дадено от термина "баланс на скалата"), дори сред учените, особено като се има предвид механизмите, които везните могат също да измерват масата и използваните баланси могат да измерват и теглото. Разбирането на тези механизми по-подробно може да ви помогне да разберете разликата, когато е необходимо.
Тегло върху кантара и баланса
Когато хората мислят за везни или баланси, е общото им, те визуализират две маси, свързани една с друга на въртене, което тежи една срещу друга. Тази примитивна форма за определяне на маса или тегло, която е била с хората от векове, показва физиката на гравитационната сила, която много скали и везни използват съответно при определяне на теглото или масата.
Везните и везните могат да измерват съответно теглото и масата, но те разчитат на същите физически принципи, управляващи гравитационните сили върху обектите. Използвайки втория закон на Нютон, можете да измерите силата на даден обект F като продукт от неговата маса m пъти ускорението му а използвайки F = ma. Тъй като силата на един предмет тежи W дърпането към Земята е тази сила, която използва ускорение на г, гравитационно ускорение, можете да пренапишете уравнението като W = mg за масата m на обекта.
В реални приложения, мащабите и везните трябва да се калибрират въз основа на мястото, на което се използват, тъй като гравитационното ускорение може да варира с до 0,5% в различните части на Земята. След калибриране на скалата или баланса, преобразуването между теглото и масата е ясно за научния инструмент.
Пролетна везна
Везните и везните могат да сумират тази сила заедно с други сили, като например промяната в дължината на пружината в отговор на тежестта, поставена върху повърхността на инструментите. Тези пружини се разширяват и компресират според Закон за куките, което ви казва, че силата, действаща върху пружина, като теглото на обект, е пряко свързана с разстоянието, което пружината се движи в резултат на нея.
В подобна форма на втория закон на Нютон, този закон е F = kx за приложена сила F, сковаността на пружината к и разстоянието, което пружината се движи в резултат х.
Пролетната скала може да бъде толкова чувствителна и прецизна за измерване на маси до фракции от килограми. Когато стъпите върху кантар за баня, пружините във вътрешността му се компресират така, че иглата или циферблатът да се върти, докато се покаже теглото ви. За съжаление пролетните люспи могат да бъдат обект на отслабване, тъй като пружината се използва рутинно за дълъг период от време. Това причинява пролетта да загуби способността си и да се разшири и свие по естествен начин. Поради тази причина те трябва да бъдат калибрирани по подходящ и постоянен начин, за да не се случи това.
В допълнение към Закона за куките, можете да използвате Модул на младите (или модул на еластичност) при определяне на колко струна ще се компресира, когато упражнявате тежест върху нея. Тя се определя като съотношението на напрежението към напрежението, дадено от E = ϵ / σ За модулите на Youngs E, стрес ϵ ("epsilon") и щам σ ( "Сигма").
За това уравнение напрежението се дава като сила на единица площ, а напрежението е промяната в дължината, разделена на първоначалната дължина. Модулът на Youngs измерва устойчивостта на даден материал да се деформира, а по-твърдите материали имат по-големи модули на Youngs.
Тогава модулът на младежите има сили на единица сила, както и налягането. Можете да използвате това, за да умножите модула на Youngs по повърхността на пружината, която получава теглото на обекта, за да получите силата, упражнена върху пружината. Това е същата сила F в Закона за Куките.
Тегломер
Уредът за измерване на тежестта, който се използва в кантарите за измерване, измерва промяната на електрическото съпротивление в присъствието на теглото на кантара. Самият тензодатчик е парче метал, което обгражда тънка тел или фолио, подредени по мрежова шарка на електрическа верига, така че, когато изпитва сила в една посока, съпротивлението му се променя дори с точно, малко количество в пропорция на теглото.
Когато теглото прави части от жицата или фолиото по-напрегнати и сгъстени, съпротивлението на електрическата верига се увеличава и тензодатът става по-дебел и по-къс в отговор на това. Ако токът преминава през веригата, везните изчисляват как това съпротивление се променя поради теглото, за да се определи теглото, упражнено върху тях. Промяната в съпротивлението обикновено е много минутна и около 0,12 Ω, но това дава тензодатчици още по-точни при определяне на теглото.