0 0 0
Личный кабинет Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга

Динамометр

Содержание

    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.

    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.
    Рисунок 1. Основные части динамометра

    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.

    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.

    Рисунок 2. Градуировка динамометра

    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 $0.1 \space Н$. 

    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.

    Рисунок 3. Измерение с помощью динамометра приложенной 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.

    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.

    1. Гидравлические динамометры 

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

    1. 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.

    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.

    Рисунок 4. Силомер — электронный кистевой динамометр

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

    Рисунок 5. Применение тягового динамометра

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

    Рисунок 6. Тяговый динамометр

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

    Рисунок 7. Динамометр для монтажных работ

    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.

    Упражнения

    Упражнение №1

    Определите цену деления каждого прибора и силу тяжести, действующую на каждый груз (рисунок 8).

    Рисунок 8. Динамометры с грузами

    Показать ответ

    Скрыть

    Определим цену деления динамометра, изображенного на рисунке 8, а. Возьмем два крайних подписанных деления: $1 \space Н$ и $0 \space Н$. Вычтем меньшее значение из большего и разделим на количество делений между ними:
    $\frac{1 \space Н \space − \space 0 \space Н}{10} = 0.1 \space Н$.
    Цена деления этого динамометра равна $0.1 \space Н$.
    На подвешенный груз действует сила тяжести, равная $1 \space Н$.

    Определим цену деления динамометра, изображенного на рисунке 8, б. Возьмем два крайних подписанных деления: $1 \space Н$ и $0 \space Н$. Вычтем меньшее значение из большего и разделим на количество делений между ними:
    $\frac{1 \space Н \space − \space 0 \space Н}{2} = 0.5 \space Н$.
    Цена деления этого динамометра равна $0.5 \space Н$.
    На подвешенный груз действует сила тяжести, равная $6 \space Н$.

    Упражнение №2

    Чему равен вес каждого груза на рисунке 8? Укажите точку его приложения.

    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.

    Рисунок 9. Вес подвешенных грузов

    Упражнение №3

    По рисунку 10 определите, с какой силой растягивается каждая пружина под действием подвешенного к ней груза (масса одного груза $102 \space г$).

    Рисунок 10. Растяжение пружины под действием груза

    Дано:
    $m = 102 \space г$
    $g = 10 \frac{Н}{кг}$

    СИ:
    $m = 0.102 \space кг$

    $F_1 — ?$
    $F_2 — ?$

    Показать решение и ответ

    Скрыть

    Решение:

    Под действием какой силы будет растягиваться пружина? Она растягивается под влиянием силы тяжести, действующей на подвешенный к ней груз.

    Рассчитаем силу, растягивающую причину на рисунке 10, а:
    $F_1 = F_{тяж1} = gm$,
    $F_1 = 10 \frac{Н}{кг} \cdot 0.102 \space кг = 1.02 \space Н$.

    Рассчитаем силу, растягивающую причину на рисунке 10, б:
    $F_2 = F_{тяж2} = g \cdot 2m$,
    $F_2 = 10 \frac{Н}{кг} \cdot 2 \cdot 0.102 \space кг = 2.04 \space Н$.

    Ответ: $F_1 = 1.02 \space Н$, $F_2 = 2.04 \space Н$.

    5
    5
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение