Indhold
Skalaer og balancer kan bruges til lignende ting, men at forstå forskellene i, hvordan de producerer deres vægt, fortæller dig om deres forskellige anvendelser. Mange mennesker bruger ordene "skala" og "balance" for at betyde de samme eller lignende ting. Dette kan forårsage forvirring ved bestemmelse af, hvad der nøjagtigt måles ved laboratorieteknikker, der bruger vægte og balancer.
Hvad skalaer gør
Skalaer bruges normalt ved måling af vægt. De måler kraften, der virker på en masse, og bruger formlen for vægt af et objekt på Jorden til at bestemme dens vægt. Typerne på en vejeskala kan variere, i hvordan de fungerer. Moderne vejeskalaer bruger undertiden sæt fjedre, der er arrangeret sammen, så skalaen måler, hvor meget fjederen komprimerer for at bestemme vægten.
Andre vejeskalaer bruger belastningsceller til belastningsmåler. Dette er enheder, der, når en kraft udøves på dem, komprimeres let, så der kan måles en elektrisk modstand i spændingsmåleren, enheder, der måler den elektriske strøm gennem belastningscellen. Modstanden i dette elektriske kredsløb korrelerer med vægten anbragt på skalaen, så ændringen i denne modstand kan måles og konverteres til vægt.
Skalaer bruges generelt til applikationer, hvor du ikke har brug for så meget præcision og kompleksitet af en balance. Dette betyder, at du kan se brugen, når du træder på en vægt i gymnastiksalen eller i dit eget hjem samt områder med vejning af fødevareingredienser. Andre typer af en vejeskala inkluderer mekaniske vægte, der måler massen ligetil med, hvor meget en nål drejer på grund af vægt eller digitale vægte, der bruger en belastningsmåler som beskrevet.
Hvad balance gør
Balancer på den anden side fortæller dig massen af hvad du placerer på balancens platform. De beregner dette baseret på vægten placeret på balancens platform ved hjælp af de samme principper, som skalaerne bruger. Men især balancer er generelt bygget ved hjælp af en kraftgendannelsesmekanisme, der modsætter sig vægten af materialets vægt på balancen. Denne restaureringskraft er det, der får objektet til at vende tilbage til ligevægt med en nettokraft på nul.
I modsætning til skalaer, er balancer mere komplicerede og ses typisk hyppigere i laboratorier, universitetets forskningscentre, medicinske faciliteter og lignende forskningsmiljøer. De kan generelt også være mere præcise end skalaer.
Forskellige typer af en vægtbalance kan omfatte mikrobalancer, der vejer masseprøver til fraktioner af et gram, analytiske vægte, som også måler små ændringer i vægt og præcisionsbalancer, som har et større vægtområde end analytiske balancer, men mindre præcision. Præcisionsbalancer kan måle masse i gram med en nøjagtighed på op til to eller tre decimaler. Analytiske balancer kan opnå større præcision, op til fire decimaler, og mikrobalancer kan fortælle dig masse i gram op til seks decimaler.
På trods af disse forskelle mellem skalaer og balancer anvendes udtrykket "skalaer" og "balance" stadig relativt ombytteligt (som angivet af udtrykket "skalabalance"), selv blandt forskere, især i betragtning af de mekanismer, skalaernes brug også kan måle masse og den balance, der bruges, kan også måle vægten. At forstå disse mekanismer mere detaljeret kan hjælpe dig med at skelne forskellen, når det er nødvendigt.
Vægt på skalaer og balance
Når folk tænker på vægte eller balance, er det almindeligt, at de visualiserer to masser, der er forbundet med hinanden på en drejepunkt, der vejer den ene mod den anden. Denne primitive form for bestemmelse af masse eller vægt, der har været med mennesker i århundreder, viser fysikken i den tyngdekraft, som mange skalaer og balancer anvender til bestemmelse af henholdsvis vægt eller masse.
Vægt og vægt kan måle henholdsvis vægt og masse, men de er afhængige af de samme fysiske principper, der styrer tyngdekræfterne på genstande. Ved hjælp af Newtons anden lov kan du måle et objekts kraft F som et produkt af dens masse m gange dens acceleration -en ved brug af F = ma. Fordi en objekts kraft vægt W at trække mod Jorden er denne kraft, der bruger en acceleration på g, gravitationsacceleration, kan du omskrive ligningen som W = mg for massen m af objektet.
I applikationer i den virkelige verden skal skalaer og balancer kalibreres baseret på det sted, hvor de bruges, fordi gravitationsaccelerationen kan variere med så meget som 0,5% over forskellige dele af Jorden. Efter kalibrering af skalaen eller balancen er konverteringen mellem vægt og masse ligetil for det videnskabelige instrument.
Forårskala
Vægt og balance kan summe denne kraft sammen med andre kræfter, såsom ændringen i længden af en fjeder som svar på en vægt placeret på instrumentoverfladen. Disse fjedre ekspanderer og komprimeres i henhold til Hookes Law, der fortæller dig, at den kraft, der virker på en fjeder, såsom vægten af et objekt, er direkte korreleret med afstanden, som fjederen bevæger sig som et resultat af den.
I en lignende form som Newtons anden lov er denne lov F = kx for en anvendt styrke F, forårets stivhed k og afstanden fjederen bevæger sig som et resultat x.
Fjederskalaen kan være så følsom og præcis at måle masser til fraktioner af pund. Når du træder på en badeværelsesskala, komprimeres fjedrene inde i den, så at nålen eller urskiven roterer, indtil din vægt vises. Fjedervægte kan desværre blive udsat for slakning, da fjederen bruges rutinemæssigt over lang tid. Dette får fjederen til at miste sin evne og udvide og trække sig sammen naturligt. Af denne grund skal de kalibreres korrekt og konstant for at forhindre, at dette sker.
Ud over Hookes Law kan du bruge Youngs modul (eller elastisk modul) til bestemmelse af, hvor meget en streng skal komprimere, når du lægger vægt på den. Dens defineret som forholdet mellem stress og belastning, givet af E = ϵ / σ Til Youngs modul E, stress ϵ ("epsilon") og stamme σ ( "Sigma").
For denne ligning gives spænding som kraft pr. Enhedsareal, og belastning er ændringen i længde divideret med den oprindelige længde. Youngs-modulet måler modstanden hos et materiale til at blive deformeret, og mere stive materialer har større Youngs-moduler.
Youngs-modul har derefter kraftenheder pr. Område, ligesom pres. Du kan bruge dette til at multiplicere Youngs-modul med overfladen af fjederen, der modtager vægten af objektet for at opnå den kraft, der udøves på fjederen. Dette er den samme kraft F i Hookes Law.
Strain Gauge
Stempelmålere, der bruges i vejeskalaer, måler ændring i elektrisk modstand i nærvær af vægten på skalaen. Selve stempelmåleren er et stykke metal, der omgiver en tynd tråd eller folie anbragt i et gitterlignende mønster af et elektrisk kredsløb, således at når det oplever en kraft i en retning, ændres dens modstand med endda en præcis, lille mængde i forhold til vægten.
Når vægten gør dele af tråden eller folien mere anspændte og komprimerede, øges modstanden i det elektriske kredsløb, og belastningsmåleren bliver tykkere og kortere som svar på dette. Når en strøm strømmer gennem kredsløbet, beregner skalaerne, hvordan denne modstand ændres på grund af vægten for at bestemme den vægt, der udøves på dem. Ændringen i modstand er normalt meget minut og omkring 0,12 Ω, men dette giver belastningsmålere desto mere præcision i bestemmelse af vægt.