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时间:2017-09-25 18:17  来源:未知  作者:admin

  我们在中学物理里学过,秤的本质是测量力的,称量一个物体,其实是在测量这个物体所受的重力。

  秤的原理都是用一个已知的力来测量未知的力。例如传统的测量工具天平,就是用已知重量的砝码(已知砝码的重力),去测量未知重量的物体。我国民间使用的杆秤,则在天平的基础上加上了杠杆原理。家用的弹簧秤、测量体重的磅秤,都是利用弹簧弹性形变时产生的力。

  明白了秤的原理,我们发现其实可以利用很多不同形式的力来制作一台秤,例如下面这个科技小制作,就是利用了磁铁同性相斥的力。

  这是外国朋友的作品,他利用了一种组合玩具来做秤的骨架。我没发现国内有类似的玩具,所以呢,我们要仿制的话,恐怕需要一定的木工工作了。

  原理很简单啦,其实就是一个不等臂的天平,左臂向上倾斜,右臂水平,二者中间有转轴。在倾斜臂的一侧,安装有一块磁铁,这块磁铁与固定在秤底座支架上的另一块磁铁极性相同,因此受到的力。

  向秤盘里添加重物,杠杆就会向左侧倾斜,左臂上的磁铁向右下移动,两块磁铁之间的距离变小,力增加,当的力与重物的重力相抵消之后,达到平衡状态,杠杆停在一个角度不动了。观察右侧水平杠杆向上(也就是逆时针)转动的角度,对照刻度盘,就能够读出重物的重量,从而达到测量的目的。

  下面讲一下秤的标定。在使用工厂生产出来的秤的时候,我们通过刻度盘的读数来读取被测量物体的重量。但是因为这台秤是我们自己制造的,因此需要我们自己去确定刻度,也就是标定一台新秤,否则它是无法使用的。

  要标定一台秤,就需要利用已知重量的砝码,这位外国朋友利用了这种图钉做砝码,他通过测量得知,这种图钉恰好是0.25克1个。

  先在刻度盘上与右臂上缘平齐画一条线,因为这时左侧秤盘里没有任何重物,因此我们把这条线克。然后往秤盘里加一个图钉,那么秤的右臂会向上(逆时针)旋转一定角度,在刻度盘上再沿着右臂上缘画一条线克,因此这条线克。

  依次增加砝码也就是图钉的数量,依次在刻度盘上增加标定数值,最终得到如下的刻度盘:

  可以看出,这台秤的最大测量范围是10克,最小刻度是0.25克(因为标定的砝码最小是0.25克)。

  通过刻度盘还可以看出,这台秤的度数不是线性的。什么叫线性?仔细观察普通的磅秤、杆秤、弹簧秤的刻度盘,你会发现刻度值是均匀的,也就是1公斤到2公斤两个刻度之间的长度,与2公斤到3公斤之间的长度是相等的。但是这台秤的刻度表不是这样的,0克到1克与1克到2克之间杠杆转过的角度是不一样的,这就叫做非线性。这是由力的特点决定的,就像弹簧秤是由弹簧拉力的特性决定的一样(弹簧拉力符合胡克定律,中学物理里有讲到)。

  因为刻度盘不是线性的,会造成度数困难,因此作者试图对这台磁力秤加以改进。他设计了下面的结构,试图得到线性的刻度。

  但是请注意,这个图有原的错误。他用弧形螺线管来代替固定的永久磁铁,因为螺线管内部中心的是近似均匀的,且中心弧线上任意两点的强度是近似相等的,因此,移动磁铁受到的力是不变的,而我们希望这个力是线性变化的!所以,按照那个设计图,不可能造出一台与那台磁力秤类似的,通过杠杆偏转读数的秤来。但是可以造出一台电子秤来,至于为什么,我就不详细分析了,因为太多的理论分析,会把大家搞糊涂的。大家如果要模仿的话,就照那台成功的实物来模仿吧,虽然刻度盘不是线性的,但至少能够使用!

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