Inhoud
Weegschalen en balansen kunnen voor soortgelijke dingen worden gebruikt, maar inzicht in de verschillen in hoe ze hun gewichten produceren, vertelt u over hun verschillende toepassingen. Veel mensen gebruiken de woorden "schaal" en "balans" om dezelfde of soortgelijke dingen te betekenen. Dit kan verwarring veroorzaken bij het bepalen wat precies wordt gemeten met laboratoriumtechnieken die gebruik maken van schalen en balansen.
Wat weegschalen doen
Weegschalen worden meestal gebruikt bij het meten van het gewicht. Ze meten de kracht die op een massa werkt en gebruiken de formule voor het gewicht van een object op aarde om het gewicht te bepalen. De soorten weegschalen kunnen variëren in hoe ze werken. Moderne weegschalen gebruiken soms sets veren die zo zijn gerangschikt dat de schaal meet hoeveel de veer samenperst om het gewicht te bepalen.
Andere weegschalen maken gebruik van weegcellen. Dit zijn apparaten die, wanneer er een kracht op wordt uitgeoefend, enigszins samendrukken zodat een elektrische weerstand in de rekstrook, apparaten die de elektrische stroom door de load cell meten, kan worden gemeten. De weerstand in dit elektrische circuit hangt samen met het gewicht dat op de weegschaal is geplaatst, zodat de verandering in deze weerstand kan worden gemeten en omgezet in gewicht.
Weegschalen worden over het algemeen gebruikt in toepassingen waarbij u niet zoveel precisie en complexiteit van een balans nodig heeft. Dit betekent dat u gebruik zult zien wanneer u op een weegschaal in de sportschool of in uw eigen huis stapt, evenals gebieden met het wegen van voedselingrediënten. Andere soorten weegschalen omvatten mechanische weegschalen die de massa eenvoudig meten door hoeveel een naald draait vanwege het gewicht of digitale weegschalen die een rekstrookmeter gebruiken zoals beschreven.
Welke saldi doen
Saldi, aan de andere kant, vertellen je de massa van wat je ook op het platform van de balans plaatst. Ze berekenen dit op basis van het gewicht op het platform van de balans met behulp van dezelfde principes die weegschalen gebruiken. Maar met name balansen worden meestal gebouwd met behulp van een krachtherstelmechanisme dat de gewichtskracht van het materiaal op de balans tegenwerkt. Deze herstelkracht zorgt ervoor dat het object terugkeert naar een evenwicht met een netto kracht van nul.
In tegenstelling tot weegschalen zijn weegschalen ingewikkelder en worden ze meestal vaker gezien in laboratoria, onderzoekscentra van universiteiten, medische faciliteiten en vergelijkbare onderzoeksomgevingen. Ze kunnen over het algemeen ook nauwkeuriger zijn dan schalen.
Verschillende soorten weegschalen kunnen microbalansen zijn die massamonsters tot fracties van een gram wegen, analytische balansen die ook minieme veranderingen in gewicht meten en precisiebalansen, die een groter bereik aan gewichten hebben dan analytische balansen maar minder precisie. Precisieweegschalen kunnen massa in grammen meten met een precisie van maximaal twee of drie decimalen. Analytische weegschalen kunnen een grotere nauwkeurigheid bereiken, tot vier cijfers achter de komma, en microbalansen kunnen u massa in grammen tot zes cijfers achter de komma vertellen.
Ondanks deze verschillen tussen schalen en balansen, worden de termen "schalen" en "balansen" nog steeds relatief uitwisselbaar gebruikt (zoals gegeven door de term "schaalbalans"), zelfs onder wetenschappers, vooral gezien de mechanismen die schalen gebruiken ook massa kan meten en de die saldi gebruiken kunnen ook gewicht meten. Als u deze mechanismen gedetailleerder begrijpt, kunt u het verschil waar nodig onderscheiden.
Gewicht op schalen en saldi
Wanneer mensen denken aan schalen of weegschalen, visualiseren ze vaak twee massa's die met elkaar zijn verbonden op een draaipunt die de ene tegen de andere weegt. Deze primitieve vorm van het bepalen van massa of gewicht die al eeuwen bij mensen aanwezig is, toont de fysica van de zwaartekracht die veel schalen en weegschalen gebruiken om respectievelijk gewicht of massa te bepalen.
Weegschalen en balansen kunnen respectievelijk gewicht en massa meten, maar ze vertrouwen op dezelfde fysische principes die de zwaartekracht op objecten bepalen. Met de tweede wet van Newton kunt u de kracht van een object meten F als een product van zijn massa m maal zijn versnelling een gebruik makend van F = ma. Omdat de kracht van een object zwaar is w naar de aarde trekken is deze kracht die een versnelling van gebruikt g, zwaartekrachtversnelling, u kunt de vergelijking herschrijven als W = mg voor de massa m van het object.
In echte toepassingen moeten weegschalen en weegschalen worden gekalibreerd op basis van de locatie waar ze worden gebruikt, omdat de zwaartekrachtversnelling tot 0,5% kan variëren over verschillende delen van de aarde. Na het kalibreren van de schaal of balans is de conversie tussen gewicht en massa eenvoudig voor het wetenschappelijke instrument.
Lente schaal
Weegschalen en balansen kunnen deze kracht optellen naast andere krachten zoals de verandering in lengte van een veer als reactie op een gewicht dat op het oppervlak van het instrument wordt geplaatst. Deze veren zetten uit en drukken samen volgens De wet van Hooke, wat u vertelt dat de kracht die op een veer inwerkt, zoals het gewicht van een object, direct is gecorreleerd met de afstand die de veer als gevolg daarvan aflegt.
In een soortgelijke vorm als de tweede wet van Newton, is deze wet F = kx voor een uitgeoefende kracht F, de stijfheid van de veer k en de afstand die de veer als gevolg daarvan verplaatst X.
De veerschaal kan even gevoelig en precies zijn om massa's tot fracties van ponden te meten. Wanneer u op een weegschaal stapt, drukken de veren erin zodanig samen dat de naald of draaiknop draait totdat uw gewicht wordt weergegeven. Veerweegschalen kunnen helaas worden versoepeld omdat de veer routinematig gedurende een lange periode wordt gebruikt. Hierdoor verliest de veer zijn vermogen en expandeert en krimpt hij op natuurlijke wijze. Om deze reden moeten ze correct en constant worden gekalibreerd om dit te voorkomen.
Naast Hookes Law kunt u de Youngs modulus (of elastische modulus) om te bepalen hoeveel een snaar zal comprimeren wanneer u er gewicht op uitoefent. Het wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de spanning en de spanning, gegeven door E = ϵ / σ Voor Youngs modulus Estress ϵ ("epsilon") en stam σ ( "Sigma").
Voor deze vergelijking wordt spanning gegeven als kracht per oppervlakte-eenheid en spanning is de verandering in lengte gedeeld door de oorspronkelijke lengte. De Youngs-modulus meet de weerstand van een materiaal tegen vervorming en meer stijve materialen hebben grotere Youngs-moduli.
Youngs modulus heeft dan eenheden van kracht per gebied, net als druk. Je kunt dit gebruiken om de Youngs-modulus te vermenigvuldigen met het oppervlak van de veer dat het gewicht van het object ontvangt om de kracht te krijgen die op de veer wordt uitgeoefend. Dit is dezelfde kracht F in de wet van Hookes.
Spanningsmeter
Spanningsmeters die worden gebruikt in weegschalen meten verandering in elektrische weerstand in aanwezigheid van het gewicht op de weegschaal. De rekstrook zelf is een stuk metaal dat een dunne draad of folie omgeeft die is gerangschikt in een rasterachtig patroon van een elektrisch circuit zodat, wanneer het een kracht in één richting ervaart, de weerstand zelfs met een precieze, kleine hoeveelheid verandert in in verhouding tot het gewicht.
Wanneer het gewicht delen van de draad of folie gespannen en samengedrukt maakt, neemt de weerstand van het elektrische circuit toe en wordt de rekstrook dikker en korter in reactie hierop. Terwijl een stroom door het circuit stroomt, berekenen de weegschalen hoe deze weerstand door het gewicht verandert om het gewicht te bepalen dat daarop wordt uitgeoefend. De weerstandsverandering is meestal zeer klein en ligt rond 0,12 Ω, maar dit geeft rekstroken des te nauwkeuriger bij het bepalen van het gewicht.