§30. Динамометр

Вопросы

1. Как называют прибор для измерения силы?

Ответ:

Прибор для измерения силы - динамометр (от греч. динамис − сила, метрео − измеряю).

2. Как изготовить простейший динамометр?

Ответ:

Самый простой динамометр сделан по принципу упругой деформации у тел на которых влияет действующая сила, скажем пружина. (рис. 72, а). Можно сказать по принципу формулы Гука. (проходили ранее)

При растягивании пружины происходит ее удлинение, которое прямо пропорционально приложенной силе. Если разметить область перемещения пружины, то получим прибор для возможности измерять силы.

Рис. 72. Градуировка динамометра

Разметить динамометр можно так. Возьмем бумагу и чёрточкой отметим крайнее положение при нерастянутой пружине. Эта отметка станет нулевой отметкой, без приложения силы (см. рис. 72, а).
После начинаем нагружать пружину и делать отметки. Подвешивать груз массой 1Н, то есть 102 г. Под действием этого груза возникнет сила (1 Н) пружина конечно растянется, а ее край опустится вниз. Отмечаем новое положение на бумаге и ставим цифру 1 (рис. 72, б). После чего подвешиваем груз уже массой 204 г (2Н) и ставим цифру 2. Само собой это будет означать, что в этом положении сила упругости пружины противодействует 2 Н. Подвесив груз массой 306 г, нанесем 3 и т.д.

Опять же, пока пружина упруго деформируется, то исходя из наблюдений и формулы Гука, можно нанести отметки и без дальнейших подвешиваний груза, а замерив деление между двумя метками и продолжив их наносить с тем же интервалом на шкалу. Точно по тому же принципу можно нанести градуировку и на шкалу десятых значений Ньютона. − 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и т.д. Поделив расстояние между метками на равные части, то есть каждая десятая часть это и будет 10 часть между двумя метками целых значений.

Подобная пружина со шкалой и будет простейшим динамометром.

3. Как нанести на шкалу динамометра деления, соответствующие 0,1 Н?

Ответ:

1−й способ.
Использовать метод применяемый для градуировки динамометра. Используя при этом известные массы, то есть прикладывая известную силу. В итоге. скажем если это были 1 Ньютон, а после 2 H, мы получим шкалу, которую можно будет разбить на десятые доли и нанести деления − 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и т.д. Все дело в том, что здесь действует закон Гука,  - удлинение пружины Δl увеличивается во столько раз, во сколько увеличивается сила воздействующая на пружину $F_{упр}$.

2−й способ.
Можно подвешивать именно тот груз, прикладывать ту силу, которая нам нужна на шкале. К крючку пружины будем подвешивать груз массой 10,2 г и отметить шкалу − 0,1 Н. Затем груз массой 20,4 г и отметим положение стрелки − 0,2 Н. И так до груза в 102 г, то есть до 1 Н.

4. Какие типы динамометров вам известны?

Ответ:

Существуют следующие типы динамометров: медицинский, ртутный, гидравлический, электрический, тяговый...

Упражнение 11

1. Определите цену деления каждого прибора и силу тяжести, действующую на каждый груз (рис. 75).

рис. 75

Ответ:

Для определения цены деления, нужно:
− взять два ближайших значения на шкале, возле которых указаны значения величин;
− вычесть из большего значения меньшее, а полученное значение разделить на число делений между взятыми шкалами.

В качестве примера посчитаем. На рисунке 75, а возьмем числа 2 и 3. Расстояния между этими штрихами разделены на 10 делений. Таким образом, цена каждого деления динамометра будет равна $\frac{3-2}{10}$ = $\frac{1 }{10}$ = 0,1 Н.
Сила тяжести равна 1 Н.
На рисунке 75, б возьмем числа 4 и 3. Расстояния между этими штрихами разделены на 2 деления. Таким образом, цена каждого деления динамометра будет равна $\frac{4-3}{2}$ = $\frac{1}{2}$ = 0,5 Н.
Сила тяжести равна 6 Н.
Ответ. 0,1 Н; 1 Н; 0,5 Н; 6 Н.

2. Чему равен вес каждого груза (см. рис. 75)? Укажите точку его приложения?

рис. 75

Ответ:

Сила притяжения эквивалентна силе тяжести и равна весу. $P=F_{тяж}$.
Вес груза на рис. 75, а равен 1 Н, на рисунке 75, б − 6 Н.
При этом сила тяжести приложена к центру масс тела, а вес − к опоре или подвесу.
Ответ. 1 Н; 6 Н.

Указываем силу вектором, при этом помним, что вес тела приложен к опоре, к подвесу.

3. Пo рисунку 76 определите, с какой силой растягивается каждая пружина под действием подвешенного к ней груза (масса одного груза 102 г).

рис. 76

Ответ:

Дано:
$m_{1}$=102 г.
$F_{1}$ − ? $F_{2}$ − ?
Решение:
P=gm;
g = 9,8 Н/кг:
1 г = 0,001 кг;
$F_{1} = 9,8 * 102 * 0,001≈ 1$ Н;
$F_{2} = 9,8 * 2* 102 * 0,001≈ 2$ Н.
Ответ: 1 Н; 2 Н.