Как сделать динамометр на физику
Изготавливаем динамометр сделать самому своими руками
Вес измеряется весами, расстояние – линейкой, давление – манометром и т. д. А придуман ли прибор, измеряющий силу? Такой инструмент, конечно же, имеется. Называется он динамометр. Своими руками в домашних условиях, кстати говоря, несложно изготовить простенький, но вполне работоспособный прибор для измерения силы, свой собственный эксклюзивный динамометр.
Масса, сила, вес
В разговорах мы часто путаем такие понятия, как масса и вес. В чём между ними разница? Маленький пример. У нас есть гимнастическая гиря массой 32 кг. Именно столько покажут наши бытовые весы, стоит нам это железное изделие на них поставить. Переместимся мысленно на поверхность Луны. Показания весов, которые мы захватим с собой, изменятся и будут всего лишь 5 кг 120 г. А вот на самой большой планете нашей системы, Юпитере, с самой большой силой тяжести, весы покажут все 84,5 кг. Изменилась масса гири? Нет.
Масса гири во всех примерах остаётся 32 кг. А что меняется? Сила, с которой гиря давит на площадку весов. И измерять её, эту силу, называемую «вес», правильно не в килограммах, а в ньютонах.
Сила в один ньютон равна весу груза в 102 грамма, находящегося на поверхности планеты Земля.
Итак, изготовив динамометр своими руками, мы получим возможность измерять такую важнейшую физическую величину, как сила.
Общий принцип устройства динамометров
Для измерения силы редко используют земное притяжение. Это не только неудобно (груз или противовес могут работать только вертикально), но и не совсем точно. Дело в том, что наша Земля – не совсем шар. Это эллипсоид, слегка сплюснутый с полюсов. Поэтому расстояние на экваторе до центра планеты больше, чем на полюсе, к тому же, на экваторе на любое тело действует центробежная сила, слегка уменьшающая его вес, поэтому чтобы гарантированно похудеть (правда ненамного, на 0,5% всего лишь) надо просто поехать с полюса на экватор.
Поэтому для того, чтобы измерить силу, чаще всего применяют приборы на упругих элементах. А силу иногда необходимо измерить просто громадную, например, тягу двигателя космической ракеты носителя. Можно только представить, каким должен быть такой динамометр.
Своими руками такой вряд ли изготовишь. Но принцип работы у всех «силомеров» один и тот же: сила деформирует упругий элемент, прибор фиксирует величину этой деформации.
Стандартный динамометр
В лабораторных работах школьных уроков физики для измерения силы использовался простой пружинный прибор. Рассмотрим, как сделать динамометр своими руками не хуже школьного.
Основа, на которой собирается всё устройство, – обычная дощечка из дерева или полоска поликарбоната, пластика, жести, вариантов множество. На дощечке расположена пружина, один конец которой жёстко закреплён, другой связан с телом, через которое передаётся усилие. Как правило, это стальной крючок. Степень растяжения пружины пропорциональна прикладываемому усилию. Величина деформации отражается на шкале, которая наносится в ньютонах. Вот так работает динамометр. Своими руками в домашних условиях не обязательно изготавливать его из пружины, прекрасно будет работать любой упругий материал, например, резинка.
Тарировка
Для того, чтобы силомер работал, его необходимо градуировать. Для этого можно воспользоваться силой тяжести. Известно, что усилию в один ньютон соответствует вес 102 граммов. Тарируется динамометр своими руками в следующей последовательности:
Как видим, настроить динамометр своими руками несложно.
Разные конструкции «домашних» динамометров
Необходимо определиться с нагрузкой, которую предстоит измерять. И расчёт лучше произвести перед тем, как сделать динамометр. Своими руками можно изготовить как мощный прибор, так и небольшой, но более чувствительный. А вариантов конструкции немало.
Например, несложно изготовить динамометр своими руками из резинки. Он ничем не отличается от классического «школьного». Разница лишь в том, что вместо пружины используется более доступная резинка, например, от донной удочки или авиамодельная.
Немного фантазии, и в прибор для измерения силы превращается обычный одноразовый шприц. Устройство показано на рисунке, единственное, на чём следует заострить внимание, так это поршень шприца, который необходимо обточить по окружности (или срезать острым ножом) так, чтобы он двигался внутри корпуса шприца без усилия.
При желании можно изготовить динамометр своими руками из ручки, обычной шариковой ручки с пружинкой.
Стержень надо очистить от чернил, сточить острие пишущего шарика и вставить внутрь обычную канцелярскую скрепку.
Динамометр на пьезоэлементах
Динамометры заводского изготовления в последнее время чаще всего изготавливают с использованием пьезоэлементов. Пьезоэлемент – кристалл, на концах которого при механическом сжатии появляется разность потенциалов (напряжение). Причём величина этой разности потенциалов зависит от степени сжатия.
Силомеры такого типа отличаются отсутствием хода штока (на чувствительный элемент необходимо просто нажать), чрезвычайной точностью и огромным диапазоном измерений. На пьезоэлементах делаются как чувствительные приборы для точного измерения небольших усилий, так и динамометры, с помощью которых измеряют тяговые усилия тракторов.
Изготавливаем динамометр своими руками
Вес измеряется весами, расстояние – линейкой, давление – манометром и т. д. А придуман ли прибор, измеряющий силу? Такой инструмент, конечно же, имеется. Называется он динамометр. Своими руками в домашних условиях, кстати говоря, несложно изготовить простенький, но вполне работоспособный прибор для измерения силы, свой собственный эксклюзивный динамометр.
Масса, сила, вес
В разговорах мы часто путаем такие понятия, как масса и вес. В чём между ними разница? Маленький пример. У нас есть гимнастическая гиря массой 32 кг. Именно столько покажут наши бытовые весы, стоит нам это железное изделие на них поставить. Переместимся мысленно на поверхность Луны. Показания весов, которые мы захватим с собой, изменятся и будут всего лишь 5 кг 120 г. А вот на самой большой планете нашей системы, Юпитере, с самой большой силой тяжести, весы покажут все 84,5 кг. Изменилась масса гири? Нет.
Масса гири во всех примерах остаётся 32 кг. А что меняется? Сила, с которой гиря давит на площадку весов. И измерять её, эту силу, называемую «вес», правильно не в килограммах, а в ньютонах.
Сила в один ньютон равна весу груза в 102 грамма, находящегося на поверхности планеты Земля.
Итак, изготовив динамометр своими руками, мы получим возможность измерять такую важнейшую физическую величину, как сила.
Общий принцип устройства динамометров
Для измерения силы редко используют земное притяжение. Это не только неудобно (груз или противовес могут работать только вертикально), но и не совсем точно. Дело в том, что наша Земля – не совсем шар. Это эллипсоид, слегка сплюснутый с полюсов. Поэтому расстояние на экваторе до центра планеты больше, чем на полюсе, к тому же, на экваторе на любое тело действует центробежная сила, слегка уменьшающая его вес, поэтому чтобы гарантированно похудеть (правда ненамного, на 0,5% всего лишь) надо просто поехать с полюса на экватор.
Поэтому для того, чтобы измерить силу, чаще всего применяют приборы на упругих элементах. А силу иногда необходимо измерить просто громадную, например, тягу двигателя космической ракеты носителя. Можно только представить, каким должен быть такой динамометр.
Своими руками такой вряд ли изготовишь. Но принцип работы у всех «силомеров» один и тот же: сила деформирует упругий элемент, прибор фиксирует величину этой деформации.
Стандартный динамометр
В лабораторных работах школьных уроков физики для измерения силы использовался простой пружинный прибор. Рассмотрим, как сделать динамометр своими руками не хуже школьного.
Основа, на которой собирается всё устройство, – обычная дощечка из дерева или полоска поликарбоната, пластика, жести, вариантов множество. На дощечке расположена пружина, один конец которой жёстко закреплён, другой связан с телом, через которое передаётся усилие. Как правило, это стальной крючок. Степень растяжения пружины пропорциональна прикладываемому усилию. Величина деформации отражается на шкале, которая наносится в ньютонах. Вот так работает динамометр. Своими руками в домашних условиях не обязательно изготавливать его из пружины, прекрасно будет работать любой упругий материал, например, резинка.
Тарировка
Для того, чтобы силомер работал, его необходимо градуировать. Для этого можно воспользоваться силой тяжести. Известно, что усилию в один ньютон соответствует вес 102 граммов. Тарируется динамометр своими руками в следующей последовательности:
Как видим, настроить динамометр своими руками несложно.
Разные конструкции «домашних» динамометров
Необходимо определиться с нагрузкой, которую предстоит измерять. И расчёт лучше произвести перед тем, как сделать динамометр. Своими руками можно изготовить как мощный прибор, так и небольшой, но более чувствительный. А вариантов конструкции немало.
Например, несложно изготовить динамометр своими руками из резинки. Он ничем не отличается от классического «школьного». Разница лишь в том, что вместо пружины используется более доступная резинка, например, от донной удочки или авиамодельная.
Немного фантазии, и в прибор для измерения силы превращается обычный одноразовый шприц. Устройство показано на рисунке, единственное, на чём следует заострить внимание, так это поршень шприца, который необходимо обточить по окружности (или срезать острым ножом) так, чтобы он двигался внутри корпуса шприца без усилия.
При желании можно изготовить динамометр своими руками из ручки, обычной шариковой ручки с пружинкой.
Стержень надо очистить от чернил, сточить острие пишущего шарика и вставить внутрь обычную канцелярскую скрепку.
Динамометр на пьезоэлементах
Динамометры заводского изготовления в последнее время чаще всего изготавливают с использованием пьезоэлементов. Пьезоэлемент – кристалл, на концах которого при механическом сжатии появляется разность потенциалов (напряжение). Причём величина этой разности потенциалов зависит от степени сжатия.
Силомеры такого типа отличаются отсутствием хода штока (на чувствительный элемент необходимо просто нажать), чрезвычайной точностью и огромным диапазоном измерений. На пьезоэлементах делаются как чувствительные приборы для точного измерения небольших усилий, так и динамометры, с помощью которых измеряют тяговые усилия тракторов.
Урок на тему: » Динамометр. Лабораторная работа №6 « Градуирование пружины динамометра»
ДОСТУПНО ВНЕСЕНИЕ ОТВЕТОВ
Раздел : Взаимодействие тел
Тема: Динамометр. Лабораторная работа №6 « Градуирование пружины динамометра»
Цель: познакомить с новым измерительным прибором – динамометром; научить пользоваться им при выполнении практического задания.
Образовательная: рассмотреть принцип действия динамометра, изготовить шкалу динамометра с заданной ценой деления и с ее помощью измерять силы.
Развивающая: развивать навыки экспериментальной работы, умение применять знания в нестандартных ситуациях, творческие способности учащихся к исследовательскому труду.
Воспитательная: воспитывать умение работать в группе, любознательность, трудолюбие и аккуратность, воспитание инициативы и самостоятельности в достижении поставленной цели.
сформированность теоретического и практического представления о динамометре, получение шкалы прибора с заданной ценой деления и измерение им силы;
Личностные: усвоение правил поведения, формирование бережного отношения к школьному оборудованию
Регулятивные: составить план и последовательность действий, сравнивать результат и способ действий с эталоном с целью обнаружения отклонений и отличий от него.
Коммуникативные: уметь строить продуктивное взаимодействие со сверстниками, контролировать, корректировать и оценивать действия друг друга.
Познавательные: формировать рефлексию способов и условий действия, контролировать и оценивать процесс и результаты деятельности.
Приветствие, выявление отсутствующих, проверка готовности учащихся к уроку.
Закроем глаза. Представьте себе чудесное солнечное утро. Вы находитесь возле тихого прекрасного озера. Слышны лишь ваше дыхание и плеск воды. Солнце ярко светит, и это заставляет вас чувствовать себя все лучше и лучше. Вы чувствуете, как солнечные лучи согревают вас. Вы слышите пение птиц и стрекотанье кузнечика. Вы абсолютно спокойны. Солнце светит, воздух чист и прозрачен. Вы ощущаете всем телом тепло солнца. Вы спокойны и неподвижны, как это тихое утро.
Вы чувствуете себя спокойными и счастливыми, вам лень шевелиться. Каждая клеточка вашего тела наслаждается покоем и солнечным теплом. Вы отдыхаете…
А теперь открываем глаза. Мы снова в школе, в этом кабинете, мы хорошо отдохнули, у нас бодрое настроение. С таким же отличным настроением мы поработаем на протяжении всего урока.
2. Актуализация знаний.
— Начнём урок с того, что вспомнили с вами некоторые физические величины и термины, с которыми познакомились ранее.
Какой буквой обозначается сила тяжести? В чем измеряется?
Как направлена сила тяжести?
Какой буквой обозначается сила упругости? В чем измеряется?
Как направлена сила упругости?
Записать формулу закона Гука?
Разделить данные физические величины на векторные и скалярные : масса, сила тяжести, скорость, время, длина, инерция и сила упругости.
(скалярные: масса, время, длина; векторные: сила тяжести, скорость, сила упругости. Инерция – это не физическая величина, это явление).
— Что называется массой тела. ( это физическая величина, которая является мерой инертности тела ).
— Что такое деформация? ( деформация – это изменение формы или размера тела )
Изобразите графически силу тяжести, действующую на кирпич, лежащий на поверхности Земли.
— Почему капли дождя падают на землю, а не летят обратно к облакам? ( на капли дождя действует сила тяжести)
— Итак, мы вспомнили с вами некоторые физические величины и термины, с которыми познакомились ранее, давайте двигаться дальше.
Этап постановки целей и задач урока
Сила одно из основных физических понятий и вы знаете, что это векторная величина, имеющая модуль и направление, но подумайте, достаточно ли этого для решения практических задач? (Нет, для решения задач необходимо измерять силу.)
На практике часто приходится измерять силу, с которой одно тело действует на другое. Для этого используют прибор, а какой вы узнаете разгадав кроссворд ( в парах)
1. Вот огурчики в банке все солеными стали, ведь росли они на грядке, как же соль в них попала?
2. Мера взаимодействия тел.
3. Единицы измерения силы.
4. Мельчайшая частица химического элемента.
5. Мера инертности тела.
6. Величина которую можно измерить с помощью мензурки.
7. Основная единица длины в Международной системе единиц.
8.Я под мышкой посижу
и что делать укажу:
или разрешу гулять,
или уложу в кровать.
10. Крашенное коромысло через реку повисло.
динамометр. Сегодня вам предстоит познакомиться с прибором, который служит для измерения силы – динамометром, рассмотреть его устройство и принцип действия, научиться пользоваться им.
Как вы думаете, какая цель будет стоять перед нами на этом уроке?
Цель, которую мы ставим сегодня перед собой: познакомиться с новым измерительным прибором – динамометр; рассмотреть принцип его действия; научиться пользоваться им при выполнении практического задания.
Откройте свои рабочие тетради и запишите тему сегодняшнего урока «Динамометр. Лабораторная работа №6 « Градуирование пружины динамометра»
Изучение нового материала
Динамометр учебный Бакушинского предназначен для измерения силы от 0 до 5 Н с точностью 0,1 Н при выполнении работ по механике. Посмотрите, динамометр состоит из стальной пружины с указателем и крючком, прикрепленный к деревянному основанию, на который нанесена шкала. Буква «Н» на шкале динамометра – это международное обозначение ньютона. При измерении сил мы будем пользоваться левой шкалой динамометра, которая находится под буквой «Н». Снабжен регулирующим устройством для установки указателя прибора на нулевом делении при отсутствии нагрузки.
Теперь разберемся с принципом работы данных пружинных динамометров: подвесим на крючок динамометра груз из набора грузов и отпустим.
Посмотрите, некоторое время пружина колеблется, а затем указатель устанавливается на определенном уровне.
Какие силы действуют в нашем опыте?
Какая сила присутствует всегда в вертикальном направлении? (сила тяжести)
Т. к. сила тяжести действует, а груз все-таки не падает, значит, на тело действует ещё одна сила. Какая это сила? (сила упругости)
Посмотрите, действуют в вертикальном направлении 2 силы, но груз находится на одном уровне. Что это может значить?
Получается, что принцип работы пружинного динамометра основан на уравновешивании измеряемой силы силой упругости пружины. Согласны ли вы с этим? (если нет – свое мнение).
Запишите это утверждение в тетради: действие динамометра основано на сравнении измеряемой силы с силой упругости пружины.
Динамическая пауза. Если вы со мной согласны, то руки поднимаем вверх, если нет в стороны.
На два тела одинаковой массы, но разного объема находятся ни поверхности стола. действует одинаковая сила тяжести. ( Да )
На листья падающие, на землю действует сила упругости. ( Нет )
Сила упругости векторная физическая величина. ( Да )
Динамометр – это прибор для измерения объема. ( Нет )
Единица измерения силы Ньютон. ( Да )
Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз. ( Да )
Для измерения больших сил, таких как тяговые усилия тракторов, тягачей, локомотивов, морских и речных буксиров.
Определение механического напряжения при строительстве.
Используется для определения точки крепления к опоре
Для определения мышечной силы
5. Лабораторная работа
Градуирование пружины и измерение сил динамометром.
(Юля рассказывает в роли консультанта)
У вас на столах находится оборудование, которое позволит вам сделать прибор для измерения силы тяжести.
Обратите внимание, что градуируется динамометр, т. е. создается его шкала, очень просто (показать на штативе самой): http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/f6c69edd-fdc4-4bbf-800b-abf4767cd10e/50.swf
Закрепите динамометр с закрытой шкалой вертикально в лапке штатива.
Отметьте горизонтальной чертой, начальное положение указателя динамометра, – это будет нулевое деление шкалы.
Подвесьте к крючку динамометра груз, масса которого100 г. На этот груз действует сила тяжести, равная 1 Н. Новое положение указателя динамометра также отметьте горизонтальной чертой на бумаге.
Затем подвешивайте к динамометру второй, третий, четвертый грузы той же массы и делайте отметки на бумаге.
Снимите динамометр со штатива и против горизонтальных черточек, начиная с верхней проставьте числа 0, 1, 2, 3, 4,… Выше числа 0 напишите: «ньютон»
Вы дополнили прибор шкалой, а теперь проверьте себя:
Измерьте расстояние между соседними точками, объясните результат измерений.
Получите шкалу с ценой деления 0,1 Н.
А для этого давайте вспомним, как определяется цена деления прибора.
Для этого расстояния между отметками 0 и 1; 1 и 2; 2 и 3; 3 и 4 и далее делят на десять равных частей. Так можно сделать, учитывая, что сила упругости пружины увеличивается во столько раз, во сколько увеличивается ее удлинение. Это следует из закона Гука.
Измерьте вашим динамометром вес предложенного тела, предмета находящегося на парте.
Снимите бумагу и сравните свою шкалу с фабричной. Измерьте динамометром вес предложенного тела и сравните с предыдущим значением.
Задание 1. Чему равна сила тяжести, действующая на груз? Какова масса груза?
Задание 2. Чему равна сила тяги?
Задание 3. Определите с какой силой растягивается пружина под действием подвешенного к ней груза (масса одного груза 102г).