Le poids se mesure avec une balance, la distance avec une règle, la pression avec un manomètre, etc. A-t-on inventé un appareil qui mesure la force ? Un tel outil existe certainement. C'est ce qu'on appelle un dynamomètre. Soit dit en passant, avec vos propres mains à la maison, il est facile de fabriquer un appareil simple mais assez efficace pour mesurer la force, votre propre dynamomètre exclusif.
Masse, force, poids
Dans les conversations, nous confondons souvent des concepts tels que la masse et le poids. Quelle est la différence entre eux? Petit exemple. Nous avons un kettlebell de gymnastique pesant 32 kg. C'est ce que montreront nos balances ménagères si nous y mettons ce produit à base de fer. Déplaçons-nous mentalement à la surface de la lune. Les lectures des balances que nous emporterons avec nous changeront et ne seront que de 5 kg 120 g, mais sur la plus grande planète de notre système, Jupiter, avec la plus grande gravité, les balances afficheront toutes 84,5 kg. La masse du kettlebell a-t-elle changé ? Non.
Comment est-ce possible ? Plaçons un poids dans l'espace où, en état d'apesanteur, la balance affichera zéro. Le poids a-t-il disparu ? Pour vous assurer que ce n'est pas le cas, il vaut la peine de disperser notre appareil de gymnastique à une vitesse décente et de le diriger vers l'une ou l'autre cible. Si la même expérience est répétée sur la Lune, la Terre, Jupiter, à condition que la vitesseau moment de la collision avec un obstacle sera le même, la destruction sera identique.
La masse du kettlebell dans tous les exemples reste de 32 kg. Qu'est-ce qui change ? La force avec laquelle le poids appuie sur le plateau de la balance. Et pour la mesurer, cette force, appelée "poids", est correcte non pas en kilogrammes, mais en newtons.
Une force d'un newton est égale au poids d'une charge de 102 grammes à la surface de la planète Terre.
Ainsi, après avoir fabriqué un dynamomètre de nos propres mains, nous pourrons mesurer une quantité physique aussi importante que la force.
Principe général de conception du dynamomètre
La gravité est rarement utilisée pour mesurer la force. Ce n'est pas seulement gênant (un poids ou un contrepoids ne peut fonctionner que verticalement), mais aussi pas tout à fait précis. Le fait est que notre Terre n'est pas tout à fait une sphère. C'est un ellipsoïde légèrement aplati aux pôles. Par conséquent, la distance entre l'équateur et le centre de la planète est supérieure à celle du pôle. De plus, à l'équateur, tout corps est affecté par la force centrifuge, ce qui réduit légèrement son poids, afin d'être assuré de perdre du poids. (quoique pas beaucoup, de 0,5 % seulement), il vous suffit d'aller du pôle à l'équateur.
Par conséquent, pour mesurer la force, les dispositifs sur éléments élastiques sont le plus souvent utilisés. Et parfois, il faut mesurer une force tout simplement énorme, par exemple la poussée du moteur d'une fusée porteuse spatiale. On ne peut qu'imaginer à quoi devrait ressembler un tel dynamomètre.
Vous pouvez difficilement en fabriquer un de vos propres mains. Mais le principe de fonctionnement de tous les « wattmètres » est le même: la forcedéforme l'élément élastique, l'appareil fixe la valeur de cette déformation.
Dynamomètre standard
Dans le travail de laboratoire des cours de physique à l'école, un simple dispositif à ressort a été utilisé pour mesurer la force. Considérez comment fabriquer un dynamomètre de vos propres mains pas pire qu'un banc d'école.
La base sur laquelle l'ensemble de l'appareil est assemblé est une planche de bois ordinaire ou une bande de polycarbonate, de plastique, d'étain, il existe de nombreuses options. Il y a un ressort sur la plaque, dont une extrémité est rigidement fixée, l'autre est reliée au corps à travers lequel la force est transmise. En règle générale, il s'agit d'un crochet en acier. Le degré d'étirement du ressort est proportionnel à la force appliquée. La quantité de déformation est reflétée sur l'échelle, qui est appliquée en newtons. C'est ainsi que fonctionne un dynamomètre. Avec vos propres mains à la maison, il n'est pas nécessaire de le fabriquer à partir d'un ressort, tout matériau élastique, par exemple un élastique, fonctionnera bien.
Étalonnage
Pour que le dynamomètre fonctionne, il doit être calibré. Vous pouvez utiliser la gravité pour ce faire. On sait qu'une force d'un newton correspond à un poids de 102 grammes. Le dynamomètre est calibré de vos propres mains dans l'ordre suivant:
- le dynamomètre est vertical;
- lorsque le ressort n'est pas chargé, la position du pointeur correspond à 0;
- dynamomètre est chargé avec un poids de 102 grammes, la marque est de 1 newton;
- un poids de 204 grammes donnera une position de marque de 2 newtons, etc.
Comme vous pouvez le voir, configurezLe dynamomètre DIY est facile.
Différentes conceptions de dynamomètres "maison"
Il est nécessaire de décider de la charge à mesurer. Et il vaut mieux faire un calcul avant de faire un dynamomètre. De vos propres mains, vous pouvez créer à la fois un appareil puissant et un petit, mais plus sensible. Et il existe de nombreuses options de conception.
Par exemple, il est facile de fabriquer un dynamomètre de vos propres mains en caoutchouc. Ce n'est pas différent de "l'école" classique. La seule différence est qu'au lieu d'un ressort, une bande élastique plus accessible est utilisée, par exemple, à partir d'une canne à pêche de fond ou d'un modèle réduit d'avion.
Avec un peu d'imagination, une seringue jetable ordinaire se transforme en un appareil de mesure de la force. Le dispositif est illustré sur la figure, la seule chose sur laquelle se concentrer est le piston de la seringue, qui doit être retourné (ou coupé avec un couteau bien aiguisé) pour qu'il se déplace à l'intérieur du corps de la seringue sans effort.
Si vous le souhaitez, vous pouvez fabriquer un dynamomètre de vos propres mains à partir d'un stylo, un stylo à bille ordinaire avec un ressort.
La tige doit être nettoyée de l'encre, meuler la pointe de la bille d'écriture et insérer un trombone ordinaire à l'intérieur.
Dynamomètre sur éléments piézoélectriques
Les dynamomètres préfabriqués de ces derniers temps sont le plus souvent fabriqués à l'aide d'éléments piézoélectriques. Elément piézoélectrique - cristal, aux extrémitéslequel, lors de la compression mécanique, une différence de potentiel (tension) apparaît. De plus, l'amplitude de cette différence de potentiel dépend du degré de compression.
Les dynamomètres de ce type se distinguent par l'absence de course de la tige (il suffit d'appuyer sur l'élément sensible), une précision extrême et une plage de mesure énorme. Les éléments piézo sont utilisés pour fabriquer à la fois des dispositifs sensibles pour mesurer avec précision les petites forces et des dynamomètres, qui mesurent les forces de traction des tracteurs.
