Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
При сравнительно грубых измерениях чашки укрепляют непо-
Л
••
D
J р- L
Рис. 38. Детали рычажных весов: а — детали подвесов (1 — опорные призмы, 2 — подушки, 3 — щечки, 4 — серьги, 5 — чашка, 6 — демпфер, 7 — указатель, 8 — грузик для подгонки нулевого положения, 9 — гусарик, 10 — арретир (или изолир); б — коромысло Po-бервальда.
40 iV О
ними
: Рис. 39. К чувствительности рычаж- Рис. 40. Чувствительные пружинные ных весов. весы: а — торсионные весы; б — мик-
ровесы.
эедственно на рычагах. Положение груза на чашке может изменить Тілечо и исказить результат взвешивания. Чтобы этого не было, ис-гсьзуют «коромысло Робервальда» (рис. 38, б). Груз М, положенный в центре чашки, действует на стержень AB с силой, равной весу Груза, независимо от своего положения на чашке. Кроме того, он создает вращающий момент — стремится повернуть стержень AB. Этот і момент, конечно, зависит от положения груза. Но вращаться стержень ьне может, так как он зафиксирован вертикально осями А, В, С и D.
Чувствительность рычажных весов — это отношение Дф/ДР, т. е. угол отклонения при перегрузке одной из чашек на единицу веса {грамм, миллиграмм). Найдем, от чего она зависит, используя рисунок 39. Отметим, что точки А, О, В должны быть на одной прямой, иначе при наклоне будет меняться соотношение плеч и шкала не будет линейной. Заметим также, что центр тяжести коромысла С должен быть ниже точки опоры О, иначе положение коромысла не будет устойчивым. При наклоне коромысла его центр тяжести поднимается на Ah (см. рис. 39), а перегрузок AP опускается на АН. При этом должно иметь место равенство
PllAh = APАН, где
(13)
Pk — вес коромысла. Из рисунка видно, что Ah = CC' • Дф^= = ОС • Аф2, где ОС — расстояние от точки подвеса до центра тяжести, а АН = ?Аф; в результате чувствительность получается равной:
Аф _ L M' ~~ Pk- ОС
(14)
При малом ОС весы колеблются крайне медленно, так как период колебаний физического маятника T — 2л -» / Ь., где L — приведен-
V g
ная длина, равная -(/ — момент инерции). Следовательно,
т • ОС
чувствительные весы имеют большой период колебаний. Величину ОС, а следовательно, чувствительность весов и период колебаний можно менять, подвигая вверх и вниз специальный грузик р'.
Пружинные весы отличаются от рычажных тем, что уравновешиваются не две силы тяжести, а сила тяжести груза уравновешивается
41 упругой силой растянутой (сжатой, закрученной и т. д.) пружины: р u kx, где X — деформация пружины. Простейшими такими весами является пружинный безмен, ничем не отличающийся от динамометра (см. рис. 36, а). Чувствительность пружинного безмена AxIAF = =k _15 т. е. обратна жесткости пружины. Однако жесткость не всегда можно сделать малой, так как предел шкалы Fmax может оказаться недостаточным.
На рисунке 40 показаны другие виды пружинных весов. На малый предел (до 100 мг), но большую чувствительность рассчитаны торсионные весы: с одной осью скреплены рычаг, на который подвешен груз, и конец спиральной пружины (рис. 40, й). На другом конце пружины имеется рукоятка, которая с некоторым трением передвигается по круговой шкале. При отсутствии груза рычаг с указателем приходится против метки, когда рукоятка устанавливается против нулевого деления. В нагруженном состоянии рычаг опускается, и чтобы его вернуть в прежнее положение, надо рукояткой закрутить пружину. Положение рукоятки, таким образом, зависит от массы груза. Поэтому шкала, по которой определяется положение рукоятки, градуируется в единицах массы груза.
Еще более чувствительны микровесы —¦ укрепленная за один конец кварцевая нить, на другой конец которой закрепляется груз (рис. 40, б). Изгиб нити измеряется измерительным микроскопом М.
В современных весах часто применяют электронное устройство, которое, обрабатывая информацию, поступающую от датчиков перемещения, выдает ответ в цифрах, причем не только в единицах веса, но и в стоимости товара и т. д. Показания весов могут суммироваться, поступать в ЭВМ, запоминаться, подвергаться любой другой сложной обработке.
§ 13. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ, ПЛОТНОСТИ, МОМЕНТА ИНЕРЦИИ
Взвешивая груз на рычажных весах (т. е. сравнивая силы притяжения груза и гирь к Земле), мы одновременно сравниваем и массы, поскольку если F1 = Fi, то nijg = m2g Viml = т2. Именно поэтому на гирях пишут их массу (в килограммах, граммах и т. д.), а не их вес (в ньютонах).
Пружинные весы непосредственно массу не измеряют. Они определяют вес P = F = kx. Чтобы с их помощью найти массу, надо знать g в данном месте (оно не сокращается, как в предыдущем случае, и т = kx/g).
При изменении g (в другом месте Земли, на другой планете, в не-инерциальной системе и т. д.) пружинные весы, градуированные в единицах массы, надо переградуировать, а рычажные — не надо. При уменьшении g до нуля (невесомость) чувствительность и тех и других весов падает до нуля и они становятся непригодными для измерения массы. В таких условиях применяют приборы, в которых используются другие физические законы. Например, может использоваться за-
