Содержание
- Как сделать модель балансира для школьных проектов
- Как работает Баланс Луча?
- Вернуться к DIY Шкале или Балансу
Баланс делает именно то, что предлагает название: он балансирует две вещи. Используя один, вы можете определить массу объекта.
Давайте разберемся, как сделать самодельный (DIY) масштаб или баланс, и посмотрим, как работает физический принцип.
Как сделать модель балансира для школьных проектов
Вам понадобится следующее, чтобы сделать свою домашнюю шкалу баланса массы:
Чтобы понять назначение мелких предметов известного веса, нам нужно знать, как работает баланс или шкала.
Как работает Баланс Луча?
Физическим принципом баланса луча является крутящий момент. Сила, приложенная к балке на некотором расстоянии от точки опоры (которая называется рычагом рычага), или точке, где она сбалансирована, создает крутящий момент. Крутящий момент вызывает вращательное движение, если крутящий момент не сбалансирован.
Баланс луча использует этот принцип для измерения массы или веса.
Формула для крутящего момента, т τ = F × r, где F сила, приложенная объектом, и р это рычаг Обратите внимание, что операция является перекрестным произведением, которое является векторной операцией, а не умножением. Перекрестное произведение будет ненулевым, только если некоторая составляющая силы перпендикулярна рычагу.
Ясно, что для баланса балки рычаг рычага может быть представлен в виде вектора, который начинается в точке опоры и направлен к концу балки. Вектор силы начинается в точке, где находится масса, и он параллелен направлению силы тяжести.
Чтобы проверить, имеет ли это уравнение смысл, подумайте об открытии двери. Чтобы открыть дверь, нужно тянуть перпендикулярно двери. Если бы вам пришлось столкнуться с краем двери и толкнуть или потянуть, вы бы не открыли дверь. Уравнение для крутящего момента точно описывает это физическое явление.
Для двумерных задач формула становится τ = F r sin (*θ*), в этом случае перекрестное произведение было выполнено, и синус угла между направлениями силы и плеча рычага равен θ. Когда угол между усилием и рычагом приближается к 0, крутящий момент также становится равным 0, что имеет смысл.
Вернуться к DIY Шкале или Балансу
Чтобы использовать весы для определения массы объекта, объект с неизвестной массой должен быть размещен на одном конце весов. Это будет вызывать крутящий момент, и весы будут вращаться вокруг точки опоры и опираться на землю, пока крутящий момент не будет сбалансирован. Итак, как мы можем сбалансировать крутящий момент?
Здесь нужны объекты известной массы.
Мы можем медленно добавлять объекты известной массы к противоположному концу и начинать определять соответствующую силу. Когда луч сбалансирован, и оба конца находятся на равных высотах от земли, силы на обоих концах луча сбалансированы.
Когда это происходит, вы можете сложить общую массу, которая была необходима для балансировки балки, которая определяет массу неизвестного объекта.
Помните, что рычаги на обеих сторонах балки должны быть точно одинаковыми. Если нет, то силы, необходимые для уравновешивания крутящего момента, не будут точно равны, и для определения неизвестной массы потребуются дополнительные расчеты.