Динамометр

На данном уроке мы познакомимся с новым прибором, с помощью которого можно измерить силу, действующую на тело. Как называют прибор для измерения силы?

Динамометр — это прибор для измерения силы. 

Слово «динамометр» образовано от двух греческих слов: «динамис» — «сила» и «метрео» — «измеряю».

Рассмотрим самый простой вид динамометра — пружинный. Это поможет нам разобраться с принципом действия прибора. Основной его частью является стальная пружина.

Не сложно догадаться, что если подвесить к пружине груз, то она растянется. Другими словами, наблюдатель видит, что на подвешенное тело действует сила, и может определить ее величину.

{"questions":[{"content":"Как называется прибор для измерения силы?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["динамометр","барометр","весы","термометр"],"explanations":["","Это прибор для измерения давления.","Это прибор для измерения массы.","Это прибор для измерения температуры."],"answer":[0]}}}]}

Устройство пружинного динамометра

Как изготовить простейший динамометр?
Простой пружинный динамометр можно изготовить самостоятельно (рисунок 1). Он состоит из нескольких частей:

• стальная пружина с крючком и указателем на конце;
• корпус для крепления пружины;
• шкала.

Сначала закрепляем пружину на корпусе таким образом, чтобы ее нижний конец оставался свободным. Затем к нему прикрепляем указатель. Если разогнуть последний виток пружины, то его можно использовать в качестве указателя.

{"questions":[{"content":"Выберите основные части простейшего пружинного динамометра.[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["шкала","корпус","пружина с крючком и указателем","подвес","комплект гирь"],"answer":[0,1,2]}}}]}

Градуировка шкалы динамометра

Шкалу можно изготовить из полоски обычной бумаги, нанеся на нее штрихи и числа. Поэтому приклеим бумагу на корпус и сделаем на ней первую отметку (рисунок 2, а). Это будет нулевая отметка, которая показывает, где заканчивается нерастянутая пружина.

Из прошлого урока нам известно, что на груз массой $\frac{1}{9.8} \space кг$ ($102 \space г$) будет действовать сила тяжести, равная $1 \space Н$. Поэтому подвесим на крючок груз указанной массы и посмотрим, насколько растянется пружина.

Если пружина прекратила растяжение и груз остановился, это означает, что сила тяжести, действующая на тело, и сила упругости пружины уравнялись. Новое положение указателя отметим на бумаге, поставив цифру 1 (рисунок 1, б).

Так мы уже получили начало шкалы и необходимо ее продолжить. И сделать это можно по-разному:

1. Поочередно подвешивать грузы массой $204 \space г$, $306 \space г$, $408 \space г$ и т. д., проставляя соответствующие отметки: 2, 3, 4 и т. д.
2. Воспользоваться двумя имеющимися отметками (0 и 1) и с помощью линейки отложить отрезки такой же длины, отметив их числами 2, 3, 4 и т. д.

Теперь у нас есть шкала, которая позволяет измерять силу с точностью до целых. Но точность нашей шкалы можно улучшить до десятых, нанеся на нее дополнительные деления — 0.1; 0.2; 0.3; 0.4 и т. д.

Как нанести на шкалу динамометра деления, соответствующие $0.1 \space Н$?
Для этого разделим расстояние между отметками 0 и 1 на 10 одинаковых частей, поставив соответствующие штрихи. Аналогично поделим на части и другие отрезки ( между отметками 2 и 3, 3 и 4, и т. д.).

Описанным способом мы осуществили градуировку шкалы, цена деления которой равна $0.1 \space Н$. 

{"questions":[{"content":"Если подвесить к динамометру груз, то его пружина растянется до определенной отметки и остановится. В этот момент силы упругости пружины равна[[choice-14]]","widgets":{"choice-14":{"type":"choice","options":["силе тяжести, действующей на груз","массе груза","времени растяжения пружины до ее остановки","весу пружины"],"answer":[0]}}}]}

Принцип действия динамометра

Итак, мы видим, что для измерения силы, действующей на груз, необходимо уравнять ее с силой растяжения пружины динамометра. Указатель, закрепленный на пружине, покажет величину этой силы согласно шкале. Таким образом, можно сделать вывод, что:

Устройство динамометра основывается на сравнении измеряемой силы с силой упругости пружины.

Например, если подвесить груз какой-то массы, то мы будем сравнивать силу тяжести, действующую на этот груз, и величину силы упругости растянутой пружины.

Если мы возьмем крючок на конце пружины и потянем за него, то мы будем сравнивать силу, приложенную нами, с силой упругости пружины (рисунок 3). Так, с помощью динамометра можно измерять различные силы.

Вспомним закон Гука — он гласит, что сила упругости тела при растяжении прямо пропорциональна изменению длины тела. Принцип работы динамометра подтверждает этот закон — пружина удлиняется во столько же раз, во сколько увеличивается сила ее упругости.

{"questions":[{"content":"Принцип действия динамометра основан на сравнении приложенной к нему силы с[[choice-18]]","widgets":{"choice-18":{"type":"choice","options":["силой упругости пружины","весом пружины","удлинением пружины","силой тяжести, действующей на пружину"],"answer":[0]}}}]}

Виды динамометров

Какие типы динамометров вам известны?
Можно выделить несколько видов динамометров на основе принципа их действия:

1. Механические динамометры (рычажные или пружинные) 

В основе работы механических динамометров лежит деформация. Принцип действия пружинного динамометра подробно описан выше. В рычажном динамометре под действием измеряемой силы происходит деформация рычага, которая и показывает величину силы.

2. Гидравлические динамометры 

Принцип действия таких динамометров основан на определении количества жидкости, вытесняемой из цилиндра под действием измеряемой силы.

3. Электрические динамометры

У таких динамометров имеется датчик, который преобразует деформацию в электрический сигнал. Это вид динамометров стал широко применяться в последнее время.

Современные модели динамометров могу соединять и использовать в себе несколько принципов действия.

{"questions":[{"content":"Определите вид динамометра по его описанию. [[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Механические динамометры","Гидравлические динамометры","Электрические динамометры"],"items":["Динамометры, в основе работы которых лежит деформация","Динамометры, принцип действия которых основан на определении количества жидкости, вытесняемой из цилиндра под действием измеряемой силы","Динамометры, которые имеют датчик, который преобразует деформацию в электрический сигнал"]}}}]}

Применение динамометров

Динамометры имеют очень широкое применение. Например, в медицине используются специальные медицинские динамометры. Они предназначены для измерения силы различных мышечных групп человека.

Одним из таких приборов является ручной динамометр, который называется силомером (рисунок 4). С его помощью измеряется мускульная сила руки при сжатии кисти в кулак.

Для того чтобы измерить тяговые усилия локомотивов, тракторов, морских буксиров и другой техники, используют специальные тяговые динамометры (рисунок 5).

Такие динамометры способны измерять силы до нескольких десятков тысяч ньютонов. Современные модели имеют пульт дистанционного управления с дисплеем (рисунок 6).

При монтаже проводов и кабелей используют динамометры для определения силы натяжения провода (рисунок 7). Существуют специальные монтажные таблицы с необходимыми значениями. 

Динамометры используют не только в специальной технике, но и в обычных для нас местах: в метро, в автобусах и даже в лифте. Здесь эти приборы используют для измерения силы сжатия створок различных автоматических дверей.

{"questions":[{"content":"Динамометр, с помощью которого можно измерить мускульную силу руки, называется[[choice-22]]","widgets":{"choice-22":{"type":"choice","options":["силомером","монтажным","тяговым","гидравлическим"],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

Показать ответ

Скрыть

Показать ответ

Скрыть

Груза и динамометры у нас неподвижны, поэтому вес каждого груза будет равен силе тяжести, действующей на него. Значение же силы тяжести мы видим по показаниям динамометров.

Для груза на рисунке 8, а:
$P = F_{тяж} = 1 \space Н$.

Для груза на рисунке 8, б:
$P = F_{тяж} = 6 \space Н$.

На рисунке 9 изображен вес этих тел. Вес приложен к подвесу в обоих случаях.

$F_1 — ?$
$F_2 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть