Из курса физики в 7 классе известно, что для измерения физических величин существует ряд специальных приборов — начиная от простейшей измерительной линейки и заканчивая сложными устройствами в ядерной физике. Поскольку механика — это наука о силах, важнейшим измерительным прибором здесь является динамометр, измеряющий силу. Принцип действия динамометра напрямую связан с его устройством: наличием упругого элемента и измерительной системы.
Единицей измерения силы в СИ принята такая сила, которая сообщает массе 1 килограмм ускорение 1 метр в секунду за секунду. Эта единица называется «ньютон».
Динамометр
Прибор, предназначенный для измерения силы, называется динамометр.
Однако измерять силу, исходя из ускорения, которое эта сила оказывает на тело известной массы, неудобно в практическом плане. Измеряемая сила должна действовать на какое-то тело внутри прибора, сообщая ему ускорение, — конструкция получается сложной.
Более серьезная проблема состоит в том, что измерительный прибор должен вносить минимальные искажения в измеряемую систему, а если направить измеряемую силу на создание ускорения, то работа силы будет переключена на этот процесс, что существенно повлияет на измеряемую механическую систему, в которую эта работа уже не поступит.
Поэтому для измерения силы необходимо использовать другое физическое явление — сравнение с силой упругости. Такой подход значительно упрощает измерение.
Во-первых, сила упругости может быть легко «передана» другому предмету, что позволяет «встраивать» динамометр в механическую систему. При этом измеряемая сила будет прилагаться к динамометру, а через его упругий элемент — передаваться дальше в механической системе. Искажения получаются минимальны, вся работа силы остается в системе.
Во-вторых, сила упругости большинства упругих веществ линейна в достаточно широком диапазоне. Следовательно шкала измерения динамометра получается линейной, что упрощает использование прибора.
Таким образом, динамометр должен состоять из упругого элемента и индикаторной системы, позволяющей видеть степень его изгиба. В простейшем случае упругим элементом служит обычная пружина, а индикаторной системой — обычная линейка. В более сложных устройствах упругим элементом могут быть рессоры, гидравлические и газонаполненные емкости, специальные тензодатчики. Индикаторная система может преобразовывать изгиб в движение стрелки, поворот барабана с цифрами или в цифровое представление на алфавитно-цифровом дисплее.
В обиходе часто используются пружинные весы. По сути, такие весы являются динамометром. Хотя их шкала размечена в единицах массы, на самом деле они измеряют силу тяжести, действующую на взвешиваемое тело, оценивая изгиб пружины. Поскольку сила тяжести прямо пропорциональна массе, шкала весов получается линейной. Внимательно рассмотрев пружинные весы, можно понять, что они отличаются от динамометра только шкалой.
Что мы узнали?
Динамометр — прибор для измерения силы. Динамометр состоит из упругого элемента и измерительной системы. В простейшем случае упругий элемент — это пружина, а измерительная система — это линейка. При измерении силы упругий элемент изгибается, изгиб измеряется по шкале, проградуированной в единицах силы — в ньютонах.
