Динамометр. Вес тела

Динамометр (от греческого слова «динамис» — сила) — это прибор для измерения силы.

Существуют различные конструкции динамометров. Силу тяги тракторов, тягачей, буксиров и т. д. измеряют с помощью тяговых динамометров (рис. 35). Для измерения мышечной силы руки используют медицинский динамометр — силомер (рис. 36).

На рисунке 37 изображен учебный пружинный динамометр, рассчитанный на измерение сил до 4 Н. Он состоит из стальной пружины с указателем и крючком, прикрепленном к пластмассовому (в старых конструкциях к деревянному) основанию, на которое нанесена шкала (буква «N» на шкале динамометра — это международное обозначение ньютона).

Действие пружинного динамометра основано на уравновешивании измеряемой силы силой упругости пружины.

Градуирование пружины динамометра (т. е. создание шкалы с делениями) можно осуществить следующим образом. К основанию динамометра (под пружиной) прикрепляют полоску белой бумаги. Затем отмечают положение указателя при нерастянутой пружине — это нулевое деление (рис. 38, а). После этого к крючку подвешивают груз массой 102 г. На этот груз действует сила тяжести 1 Н. Под действием этого груза пружина растягивается и указатель перемещается вниз. В положении равновесия сила тяжести, действующая на груз, уравновешивается противоположно направленной силой упругости. Следовательно, растяжение пружины при этом будет соответствовать силе упругости, также равной 1 Н. Поэтому новое положение указателя отмечают на бумаге цифрой 1 (рис. 38, б).

Затем к первому грузу подвешивают еще один такой же, увеличивая тем самым общую массу до 204 г, а силу тяжести — до 2 Н. Соответствующее положение указателя отмечают цифрой 2. После этого прикрепляют третий, а затем четвертый груз, каждый раз отмечая положение указателя соответствующей цифрой.

Для того чтобы можно было измерять десятые доли ньютона, каждое из расстояний между отметками 0 и 1, 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 делят на десять равных частей. Такое построение шкалы возможно благодаря закону Гука, из которого следует, что сила упругости пружины увеличивается во столько же раз, во сколько раз увеличивается ее удлинение.

Динамометр можно применять и для измерения веса тела. Весом тела называют силу, с которой оно давит на горизонтальную опору или растягивает вертикальный подвес.

Р — вес тела.

Если к вертикально расположенному пружинному динамометру прикрепить груз, то после того, как груз растянет пружину и остановится, на крючок динамометра будут действовать две силы: сила упругости пружины F_упр и вес груза Р. Эти силы будут противоположны по направлению, но равны по величине. Поэтому динамометр позволяет измерить не только силу упругости (и равную ей силу тяжести груза), но и вес тела Р.

Вес покоящегося, а также равномерно и прямолинейно движущегося (относительно Земли) тела равен действующей на него силе тяжести:

P = mg.

Несмотря на совпадение формул, между силой тяжести и весом тела есть существенное различие. Сила тяжести приложена к телу, на которое действует Земля, а вес тела приложен к подвесу или опоре, на которую это тело давит. Если обе эти силы изобразить в виде стрелок, указывающих их направление (а направлены эти силы вертикально вниз), то это будет выглядеть так, как показано на рисунке 39.

Вес тела не следует путать с его массой. Масса тела измеряется в килограммах, а вес тела (как и любая другая сила) — в ньютонах. Вес тела имеет направление, а масса никакого направления не имеет.

1. Что такое динамометр? 2. На чем основано действие пружинного динамометра? 3. Что называют весом тела? 4. По какой формуле находится вес покоящегося тела? 5. Чем отличается вес тела от силы тяжести и массы тела?