Dynamometr – měřící stupnice, princip činnosti přístroje a fyzikální veličina (7. ročník)

Z kurzu fyziky v 7. ročníku víme, že existuje řada speciálních přístrojů pro měření fyzikálních veličin – od nejjednoduššího měřícího pravítka až po složité přístroje v jaderné fyzice. Protože mechanika je věda o silách, je zde nejdůležitějším měřícím přístrojem dynamometr, který měří sílu. Princip činnosti dynamometru přímo souvisí s jeho konstrukcí: přítomnost elastického prvku a měřicího systému.

Výkon a jeho měření

Síla v mechanice je mírou interakce těles. Síla vyjadřuje míru mechanického působení jednoho tělesa na druhé a právě síla je příčinou změn pohybu (zrychlení) těles. Bez působení sil je jakékoli těleso buď v klidu, nebo se pohybuje přímočaře a rovnoměrně.

Stejně jako většina fyzikálních vlastností mají síly velikosti, které je umožňují vzájemně porovnávat. A protože působení síly je vyjádřeno ve zprávě o zrychlení k tělu, jednotka měření síly je založena na této vlastnosti.

Jednotka síly SI je síla, která uděluje hmotnosti 1 kilogram zrychlení 1 metr za sekundu za sekundu. Tato jednotka se nazývá „newton“.

Dynamometr

Zařízení určené k měření síly se nazývá dynamometr.

Avšak měření síly založené na zrychlení, kterým tato síla působí na těleso o známé hmotnosti, je z praktického hlediska nepohodlné. Naměřená síla musí působit na nějaké těleso uvnitř zařízení, udělovat mu zrychlení a konstrukce se stává složitou.

Závažnějším problémem je, že měřicí zařízení musí do měřeného systému vnést minimální zkreslení a pokud je měřená síla směrována k vytvoření zrychlení, tak se práce síly přepne na tento proces, což výrazně ovlivní měřený mechanický systém, do kterého již tato práce nebude přijímána.

Pro měření síly je tedy nutné použít ještě jeden fyzikální jev – srovnání s elastickou silou. Tento přístup značně zjednodušuje měření.

Za prvé, pružná síla může být snadno „přenesena“ na jiný předmět, což umožňuje „zabudování“ dynamometru do mechanického systému. V tomto případě bude měřená síla působit na dynamometr a prostřednictvím jeho pružného prvku přenášena dále do mechanického systému. Deformace jsou minimální, veškerá práce síly zůstává v systému.

Za druhé, elastická síla většiny elastických látek je lineární v poměrně širokém rozsahu. V důsledku toho je měřicí stupnice dynamometru lineární, což zjednodušuje použití zařízení.

Dynamometr se tedy musí skládat z pružného prvku a indikačního systému, který umožňuje vidět stupeň jeho ohybu. V nejjednodušším případě je elastickým prvkem obyčejná pružina a indikační systém je obyčejné pravítko. U složitějších zařízení mohou být pružným prvkem pružiny, hydraulické a plynem plněné nádoby nebo speciální tenzometry. Systém indikátorů dokáže převést ohyb na pohyb ukazatele, otáčení bubnu s čísly nebo na digitální zobrazení na alfanumerickém displeji.

Jarní váhy se často používají v každodenním životě. V podstatě jsou takové váhy dynamometr. Přestože jsou jejich stupnice vyznačeny v jednotkách hmotnosti, ve skutečnosti měří gravitační sílu působící na vážené těleso pomocí odhadu ohybu pružiny. Protože gravitace je přímo úměrná hmotnosti, měřítko je lineární. Když se pozorně podíváte na pružinové stupnice, uvidíte, že se od dynamometru liší pouze stupnicí.

co jsme se naučili?

Dynamometr je zařízení pro měření síly. Dynamometr se skládá z pružného prvku a měřicího systému. V nejjednodušším případě je pružným prvkem pružina a měřicím systémem je pravítko. Při měření síly se pružný prvek ohýbá, ohyb se měří na stupnici odstupňované v jednotkách síly – v newtonech.