Innehåll
Våg och balans kan användas för liknande saker, men förstå skillnaderna i hur de producerar sina vikter berättar om deras olika användningsområden. Många använder orden "skala" och "balans" för att betyda samma eller liknande saker. Detta kan orsaka förvirring när man bestämmer vad som exakt mäts med laboratorietekniker som använder skalor och balanser.
Vad skalor gör
Våg används vanligtvis vid mätning av vikt. De mäter kraften som verkar på en massa och använder formeln för vikten av ett föremål på jorden för att bestämma dess vikt. Typen på en våg kan variera i hur de fungerar. Moderna vågar använder ibland uppsättningar av fjädrar arrangerade tillsammans så att skalan mäter hur mycket fjädern komprimerar för att bestämma vikten.
Andra vågar använder sig av belastningsceller för töjmätare. Detta är anordningar som, när en kraft utövas på dem, komprimeras något så att ett elektriskt motstånd i spänningsmätaren, enheter som mäter den elektriska strömmen genom lastcellen, kan mätas. Motståndet i denna elektriska krets korrelerar med vikten placerad på skalan så att förändringen i detta motstånd kan mätas och omvandlas till vikt.
Våg används vanligtvis i applikationer där du inte behöver lika mycket precision och komplexitet för en balans. Detta innebär att du ser användning när du går på vägningsskala i gymmet eller i ditt eget hem samt områden med vägning av livsmedelsingredienser. Andra typer av vägningsskala inkluderar mekaniska vågar som mäter massan rakt fram genom hur mycket en nål vänder på grund av vikt eller digitala vågar som använder en belastningsmätare enligt beskrivningen.
Vad balanser gör
Saldon, å andra sidan, berättar massan för allt du placerar på plattformen för balans. De beräknar detta baserat på vikten som placeras på plattformen för balansen med samma principer som skalorna använder. Men balanser i synnerhet byggs generellt med hjälp av en kraftåterställningsmekanism som motsätter vikten av materialets vikt på balansen. Denna återställningskraft är det som får objektet att återgå till jämvikt med en nettokraft på noll.
Till skillnad från skalor är balanser mer komplicerade och ses vanligtvis oftare i laboratorier, universitets forskningscentra, medicinska anläggningar och liknande forskningsmiljöer. De kan i allmänhet vara mer exakta än skalor också.
Olika typer av vägningsbalanser kan inkludera mikrobalanser som väger massprover till bråkdelar av ett gram, analytiska balanser som också mäter minutförändringar i vikt och precisionsbalanser, som har ett större intervall av vikter än analytiska balanser men mindre precision. Precisionsbalanser kan mäta massan i gram med precision upp till två eller tre decimaler. Analytiska balanser kan uppnå större precision, upp till fyra decimaler, och mikrobalanser kan ge dig massa i gram upp till sex decimaler.
Trots dessa skillnader mellan skalor och balanser används termerna "skalor" och "balanser" fortfarande relativt utbytbart (som anges av termen "skalbalans"), även bland forskare, särskilt med tanke på de mekanismer som skalan använder kan också mäta massa och de balanser som används kan också mäta vikt. Att förstå dessa mekanismer mer detaljerat kan hjälpa dig att urskilja skillnaden vid behov.
Vikt på skalor och balanser
När människor tänker på skalor eller balanser, är det vanligt att de visualiserar två massor som är anslutna till varandra på en pivot som väger en mot den andra. Denna primitiva form för bestämning av massa eller vikt som har varit med människor i århundraden visar fysiken för gravitationskraften som många skalor och balanser använder för att bestämma vikt respektive massa.
Vågar och balanser kan mäta respektive vikt och massa, men de förlitar sig på samma fysiska principer som styr gravitationskrafterna på föremål. Med hjälp av Newtons andra lag kan du mäta ett objekts kraft F som en produkt av sin massa m gånger dess acceleration en använder sig av F = ma. Eftersom kraften hos ett objekt väger W att dra mot jorden är denna kraft som använder en acceleration av g, gravitationsacceleration, kan du skriva om ekvationen som W = mg för massan m av objektet.
I tillämpningar i den verkliga världen bör skalor och balanser kalibreras baserat på den plats där de används eftersom gravitationsaccelerationen kan variera med så mycket som 0,5% över olika delar av jorden. Efter kalibrering av skalan eller balansen är omvandlingen mellan vikt och massa enkel för det vetenskapliga instrumentet.
Vårskala
Vågar och balanser kan summera denna kraft tillsammans med andra krafter, såsom förändringen i längden på en fjäder som svar på en vikt placerad på instrumentets yta. Dessa fjädrar expanderar och komprimeras enligt Hookes Law, som säger att kraften som verkar på en fjäder, såsom vikten av ett föremål, är direkt korrelerad med avståndet som fjädern rör sig till följd av den.
I en liknande form som Newtons andra lag är denna lag F = kx för en tillämpad kraft F, vårens styvhet k och avståndet våren rör sig som ett resultat x.
Vårskalan kan vara lika känslig och exakt för att mäta massor till bråkdelar. När du kliver in på en badrumsskala komprimeras fjädrarna inuti den så att nålen eller ratten roterar tills din vikt visas. Vårskalor kan tyvärr utsättas för slakning eftersom våren används rutinmässigt under lång tid. Detta får våren att förlora sin förmåga och utvidgas och sammandras naturligt. Av denna anledning måste de kalibreras på lämpligt och ständigt sätt för att förhindra att detta händer.
Förutom Hookes Law kan du använda Youngs modul (eller elastisk modul) när du bestämmer hur mycket en sträng kommer att komprimera när du lägger vikt på den. Det definieras som förhållandet mellan spänningen och belastningen, givet av E = ϵ / σ För Youngs modul E, påfrestning ϵ ("epsilon") och sil σ ( "Sigma").
För denna ekvation ges spänning som kraft per enhetsarea, och belastningen är förändringen i längd dividerad med den ursprungliga längden. Youngs-modulen mäter motståndet hos ett material mot att deformeras, och mer styva material har större Youngs-moduler.
Youngs modul har sedan kraftenheter per område, liksom tryck. Du kan använda detta för att multiplicera Youngs modul med fjäderns ytarea som får objektets vikt för att få den kraft som utövas på fjädern. Det här är samma kraft F i Hookes Law.
Stammätare
Spänningsmätare som används i vågar mäter förändring i elektrisk motstånd i närvaro av vikten på skalan. Spänningsmätaren i sig är ett metallstycke som omger en tunn tråd eller folie anordnad i ett nätliknande mönster av en elektrisk krets så att när den upplever en kraft i en riktning förändras dess motstånd med till och med en exakt, liten mängd i proportion till vikten.
När vikten gör delar av tråden eller folien mer spända och komprimerade, ökar motståndet hos den elektriska kretsen, och töjningsmätaren blir tjockare och kortare som svar på detta. när en ström går genom kretsen beräknar skalorna hur detta motstånd ändras på grund av vikten för att bestämma vikten som utövas på dem. Förändringen i motstånd är vanligtvis mycket liten och omkring 0,12 Ω, men detta ger töjningsmätare desto mer precision när det gäller att bestämma vikten.