Динамометр, Фізика

Динамометр (силомір) – прилад, призначений для вимірювання сил. Дія такого приладу засноване на тому, що пружні деформації пропорційні силам, що прикладаються.

На рис. 109 показано динамометр, що використовується у школах при виконанні лабораторних робіт з фізики. Він складається з пружини 1, один кінець якої прикріплений до основи 2. До іншого кінця пружини прикріплена стрілка 3 і дріт 4 з гачком на кінці. На основу 2 нанесена шкала 5, користуючись якою можна визначити силу, що розтягує пружину. Позначка "0" на шкалі відповідає нерозтягнутому стану пружини. Цей динамометр призначений для вимірювання сил у ньютонах. Про це свідчить літера Н (або N) над шкалою.

На шкали динамометрів цифри нанесені лише проти деяких штрихів. Як же дізнатися значення сил, що деформують пружину, якщо стрілка динамометра не збігається з оцифрованим штрихом? Для цього потрібно насамперед дізнатися ціну розподілу шкали приладу (тобто на скільки змінюється значення сили, коли стрілка зміщується на один розподіл – відстань між двома сусідніми штрихами). Після цього підраховують кількість поділів між двома сусідніми оцифрованими штрихами. Наприклад, на рис. 109 між штрихами, біля яких стоять цифри 2 та 3, знаходиться 10 поділів. Отже, ціна поділу цього динамометра дорівнює (3 - 2) / 10 = 0,1 Н на поділ. Стрілка динамометра відстоїть на 4 поділки від штриха з цифрою 2. Тому модуль сил, що деформують пружину, дорівнює 2 Н + 4 · 0,1 Н = 2,4 Н.

Знайдене значення сили пружності перестав бути істинним. Динамометр, як і будь-який прилад, має похибку. У паспорті шкільного динамометра, розрахованого на вимір сил у межах від 0 до 5 Н, говориться, що похибка приладу Δпр = 0,05 Н у будь-якому місці шкали. З урахуваннямпохибки відліку, що дорівнює Δо = 0,05, отримуємо, що загальна похибка Δ = Δпр + Δо = 0,10 Н. Отже, справжнє значення вимірюваної сили лежить у проміжку від (2,40 - 0,10) Н = 2,3 Н до (2,40 + 0,10) Н = 2,5 Н. Коротко результат вимірювання сили можна записати у вигляді: 2,3 Н ≤ F ≤ 2,5 Н.

На малюнку 110 показано медичний динамометр для вимірювання м'язової сили руки при стисканні кисті в кулак. Є динамометри (рис. 111), на шкали яких нанесені поділки, що дозволяють вимірювати масу тіла, що підвішується, безпосередньо в кілограмах (або інших одиницях вимірювання маси).

Коли динамометр з підвішеним тілом спочиває щодо Землі, динамометр показує вагу тіла. При цьому вага тіла за модулем пропорційна його масі (P = m · g). Це дозволяє задати ціну поділу шкали динамометра в одиницях маси, а сам прилад використовуватиме вимірювання маси.

Промисловість випускає динамометри, призначені для вимірювання сил від сотих часток Ньютона до декількох десятків кілоньютонов. На рис. 112 показано так званий тяговий динамометр.

Підсумки

Динамометр – прилад вимірювання сил.

Принцип дії динамометрів ґрунтується на однозначній залежності модуля пружних деформацій від модуля деформуючих сил.

Точність вимірювання сил визначається похибкою динамометра, що вказується у паспорті приладу.

Питання

1. Що таке динамометр? На чому ґрунтується принцип дії динамометра?
2. Як зробити найпростіший динамометр і відградувати його?
3. Як визначити похибку вимірювання сил динамометром?

Вправи

1. Визначте масу гирі, показаної на рис. 109. Вказівка: модуль прискорення вільного падіння рахуйтерівним 10 м/с 2 . Похибка динамометра = 0,10 Н.

2. Визначте модуль сили, з якою трактор показаний на рис. 112, тягне причіп. Вказівка: похибка тягового динамометра вважайте рівною ціні поділу між сусідніми штрихами на його шкалі.

* 3. На рис. 113 представлений сучасний цифровий динамометр із підвішеною гирей масою 2 кг. Штатив, на якому закріплений динамометр, стоїть на підлозі ліфта. Знайдіть прискорення ліфта в момент фотографування, якщо в нерухомому ліфті на шкалі динамометра були цифри 2,00, а рухомому - 2,50.

4. Візьміть кілька побутових динамометрів різних конструкцій. Визначте для кожного приладу межі вимірювання та ціну розподілу шкали. Проведіть зважування того самого тіла різними динамометрами. Порівняйте результати з урахуванням похибки вимірів.

5. Приготуйте ваги підлоги. Встановіть їх у кабіні ліфта на першому поверсі, встаньте на них і зафіксуйте показання. Натисніть кнопку верхнього поверху, спостерігайте за зміною показань ваг у моменти, що відповідають: а) початку розгону ліфта; б) рівномірного руху; в) початку гальмування перед зупинкою. Поясніть причини змін у показаннях ваги. Повторіть експеримент під час спуску ліфта з верхнього поверху на перший. Зіставте результати експериментів, поясніть відмінності.

---