- Динамометр
- узнать устройство и принцип работы динамометра; как проводить измерения динамометром
- Представьте, что вам необходимо измерить некоторую силу. Предложите, как это можно было бы сделать.
- Приведите примеры случаев, когда нужно измерить силу в быту и технике.
Динамометр
Рис. 1. Динамометрический ключ для затяжки резьбовых соединений с точно определённым по шкале значением силы
Измерять величину силы приходится как в быту, так и в технике. Например, при закручивании болтов в некоторых узлах автомобилей, поездов и самолётов необходимо затягивать их с заданным усилием, превышать которое нельзя (рис. 1). Также нужно контролировать допустимую загрузку товарных вагонов, грузовиков. Требуется измерять натяжение стальных тросов мостов и других сооружений, измерять силу трения в подвижных узлах механизмов.
Все эти разнообразные измерения можно сделать на основе только одного физического закона — закона Гука.
Закон Гука
Сила упругости, возникающая при упругой деформации тела, прямо пропорциональна этим деформациям и направлена в сторону, противоположную перемещению частиц при деформации:
.
Для измерения сил, отличающихся порой в тысячи раз, можно просто подобрать деформируемые тела с соответствующей жёсткостью k, чтобы их удлинение было удобно измеримо (миллиметры, сантиметры). В качестве деформируемых тел могут быть сжимаемые или растягиваемые пружины, изгибаемые стальные пластины и т. п. Все эти разнообразные по конструкции приборы называют динамометрами.
Динамометр — прибор для измерения сил, основанный на прямой пропорциональности величины деформации от приложенной силы.
Рис. 2. Динамометр
Рассмотрим конструкцию школьного динамометра (рис. 2). Он состоит из корпуса 1 со шкалой 4, на котором закреплена пружина 2. К пружине прикреплена прямая проволочка с крючком 5. К проволочке, в свою очередь, прикреплена стрелка 3. Динамометр предназначен для измерения силы в Ньютонах, поэтому его шкала имеет надпись «Н». К крючку прикрепляют груз, силу веса которого требуется измерить. Поскольку вес P и масса m груза связаны однозначно через ускорение свободного падения g как , то шкала для удобства имеет ещё и разметку в граммах (г). Поэтому динамометром можно измерять и массу груза.
Рассмотрим теперь внимательнее шкалу нашего динамометра (рис. 2). Максимальная сила, которую можно измерить динамометром, равна 5 Н. Между делениями в 0 и 1 Н расположено 5 делений, значит, шаг шкалы динамометра равен 1 Н / 5 = 0,2 Н.
Как мы уже узнали из статьи «Измерение физических величин», относительная погрешность измерительных приборов со шкалой равна половине цены деления шкалы. Поэтому погрешность данного динамометра равна 0,1 Н.
Рис. 3. Измерение силы динамометром
Пусть стрелка динамометра расположена так, как на рисунке 3. Два деления при шаге шкалы 0,2 Н соответствуют 0,4 Н, значит, измеряемая сила равна 2,4 Н.
Поскольку любое измерение имеет погрешность, а погрешность нашего динамометра равна 0,1 Н, то результат измерений имеет вид: .
Итоги
- Динамометр — прибор для измерения сил, основанный на прямой пропорциональности величины деформации от приложенной силы.
- Окончательный результат измерений всегда указывается вместе с погрешностью измерений.
- Относительная погрешность динамометра как погрешность измерительного прибора со шкалой равна половине цены деления шкалы.
Упражнение 1
Рис. 4. Динамометр в процессе измерений
1. По фото динамометра (рис. 4) во время измерений определите:
1) максимально измеряемую динамометром силу;
2) шаг шкалы динамометра (цена деления);
3) погрешность измерений динамометра;
4) измеренную динамометром силу веса с учётом погрешности.
Контрольные вопросы
1. Что такое динамометр?
2. На каком физическом принципе основана работа динамометра?
3. Как определить шаг шкалы динамометра?
4. Как определить погрешность измерений динамометра?
Упражнение 1
1. 1) 1 Н; 2) 0,02 Н; 3) 0,01 Н; 4) 0,50 ± 0,01 Н
