Масса способы измерения массы тела сила

Масса тела в физике: измерение массы

За единицу измерения массы тела принят один килограмм. А на практике применяют и другие единицы – грамм, миллиграмм, тонна и т.п. Для измерения массы тела существуют разные способы. Один из них – это сравнение скоростей тел после взаимодействия. Например, если один мяч после столкновения полетел в два раза быстрее другого, то, очевидно, что он в два раза легче. Иной, более простой и привычный нам способ измерения массы заключается в измерении массы тела на весах, то есть взвешивании, если говорить по-простому. При взвешивании сравнивается масса тела с телами, массы которых известны – специальными гирями. Гири существуют по 1, 2 килограмма, по 100, 200, 500 грамм и так далее. Существуют также специальные аптечные гири весом в несколько грамм. Тело весом в несколько миллиграмм, например, комара можно взвесить на специальных аналитических весах. В настоящее время почти повсеместно используют для взвешивания не механические, а электронные весы, в принципе действия которых лежит воздействие веса тела на специальный датчик, который преобразует этот вес в определенный электрический сигнал. Но суть остается та же – мы заранее знаем, какое воздействие оказывает тот или иной вес на датчик, и поэтому можем по получаемым от датчика сигналам судить о весе предмета, преобразовывая этот сигнал в цифры на табло.

Расчет массы тела очень крупных объектов, таких как земля, солнце или луна, а также, очень мелких объектов: атомов, молекул производят иными способами – через измерение скоростей и иных физических величин, входящих в различные законы физики вместе с массой.

Инерционные свойства массы в нерелятивистской (ньютоновской) механике определяются соотношением F=m*a.
поэтому можно получить по крайней мере три способа определения массы тела в невесомости.
1.Можно аннигилировать (перевести всю массу в энергию) исследуемое тело и измерить выделившуюся энергию — по соотношению Эйнштейна получить ответ. (Годится для очень малых тел — например, так можно узнать массу электрона) . Но такого решения не должен предлагать даже плохой теоретик. При аннигиляции одного килограмма массы выделяется 2·1017 джоулей тепла в виде жесткого гамма излучения
2.С помощью пробного тела измерить силу притяжения, действующую на него со стороны исследуемого объекта и, зная расстояние по соотношению Ньютона, найти массу (аналог опыта Кавендиша) . Это сложный эксперимент, требующий тонкой методики и чувствительного оборудования, но в таком измерении (активной) гравитационной массы порядка килограмма и более с вполне приличной точностью сегодня ничего невозможного нет. Просто это серьезный и тонкий опыт, подготовить который вы должны еще до старта вашего корабля. В земных лабораториях закон Ньютона проверен с прекрасной точностью для относительно небольших масс в интервале расстояний от одного сантиметра примерно до 10 метров.
3.Подействовать на тело с какой — либо известной силой (например прицепить к телу динамометр) и измерить его ускорение, а по соотношению найти массу тела (Годится для тел промежуточного размера) .
4.Можно воспользоваться законом сохранения импульса. Для этого надо иметь одно тело известной массы, и измерять скорости тел до и после взаимодействия.
5.Лучший способ взвешивания тела — измерение/сравнение его инертной массы. И именно такой способ очень часто используется в физических измерениях (и не только в невесомости) .
из курса физики, грузик, прикрепленный к пружинке, колеблется с вполне определенной частотой: w = (k/m)1/2, где k — жесткость пружинки, m — масса грузика. Таким образом, измеряя частоту колебаний грузика на пружинке, можно с нужной точностью определить его массу. Причем совершенно безразлично, есть невесомость, или ее нет. В невесомости удобно держатель для измеряемой массы закрепить между двумя пружинами, натянутыми в противоположном направлении.
В реальной жизни такие весы используются для определения влажности и концентрации некоторых газов. В качестве пружинки используется пьезоэлектрический кристалл, частота собственных колебаний которого определяется его жесткостью и массой. На кристалл наносится покрытие, селективно поглощающее влагу (или определенные молекулы газа или жидкости) . Концентрация молекул, захваченных покрытием, находится в определенном равновесии с концентрацией их в газе. Молекулы, захваченные покрытием, слегка меняют массу кристалла и, соответственно, частоту его собственных колебаний, которая определяется электронной схемой (помните, я сказал, что кристалл пьезоэлектрический).. . Такие «весы» очень чувствительны и позволяют определять очень малые концентрации водяного пара или некоторых других газов в воздухе.

Источник

Измерение масс, силы.

1. Механические методы измерения массы:

гравитационное сравнение масс (взвешивание) : гирное; коромысловое; маятниковое; одноквадратное; двух-квадратное; комбинированное: с на­кладными гирями; со встроенными гирями измерение силы гравитации: гир оскопическ ое;

упругое; пружинное; торсионное; кру­тильное 2. Электромеханические методы измере­ния массы:

инерционный: измерение ускорения; измере­ние частоты или периода колебаний; измере­ние объема и плотности

магнитоэлектрические, электродинамические, электростатические (тензорезисторные, вибро­стержневые, магнитоупругие, пьезоэлектричес­кие и прочие).

Наиболее распространенным методом измерения массы является гравитацион­ный, основанный на уравновешивании силы гравитационного притяжения тела к Земле некоторой другой силой и изме­рении последней.

Гравитационный метод измерения масс разделяют на метод сравнения масс (гравитационное уравновешивание) и метод измерения силы гравитационного притяжения тела к Земле. Способ урав­новешивания является одним из основ­ных принципов классификации весоиз­мерительных приборов по конструктив­ным признакам.

Взвешивающие приборы, использую­щие метод измерения сравнением масс, делятся на гирные (наложение гирь), коромысловые (перемещение груза по коромыслу) и маятниковые или квад­рантные (поворот маятника). Отличи­тельной особенностью приборов с гра­витационным уравновешиванием явля­ется независимость их показаний от ус­корения свободного падения в точке их расположения, т. е. от места нахож­дения весов на поверхности Земли. Обладая высокой точностью при срав­нительной простоте приборы, исполь­зующие метод сравнения, получили наи­более широкое распространение.

Более высокой производительностью обладают весы с маятниковым (квад­ратным) уравновешивающим механиз­мом. Результаты измерения отсчиты­вают по шкале циферблата. Для расши­рения диапазона взвешивания на весах с маятниковым уравновешивающим ме­ханизмом применяют накладные гири, а также указатели с многооборотной стрелкой и автоматическим переклю­чением диапазонов. В случае исполь­зования гирь результат взвешивания определяется как сумма массы, опре­деленной по шкале циферблата, и мас­сы, уравновешенной накладными ги­рями.

Квадрантные весы могут быть одно-квадрантными и двухквадрантными, с ручным наложением гирь и встроенными гирями. Разновидностью весов с квад­рантным уравновешивающим устрой­ством являются проекционные весы, имеющие подвижную шкалу, проецируе­мую с помощью увеличительной опти­ческой системы на экран с неподвиж­ным указателем. Проекционная система позволяет увеличить разрешающую спо­собность циферблата и уменьшить цену деления шкалы.

Квадрантные уравновешивающие уст­ройства, в которых подвижная система весов приводится в равновесие с по­мощью ее внутренней энергии, нашли

применение благодаря простоте и уни­версальности почти во всех группах весоизмерительных устройств. Они поз­воляют достигнуть точности (5 = 10

4 ), достаточной для коммерческих расчетов, а также для определения кру­тящих моментов двигателей и др.

Другим, наиболее перспективным ме­тодом определения массы тела является измерение силы тяжести, действующей на грузоприемное устройство. В основу метода измерения положены такие спо­собы уравновешивания силы, как упру­гое уравновешивание, гироскопический эффект, а также способ компенсации. При этом методе измерения результаты измерения зависят от места расположе­ния весоизмерительного устройства на поверхности Земли, т. е. градуировка весов зависит от ускорения свободного падения.

Простейшим весовым механизмом, использующим упругое уравновешива­ние, является пружина (спиральная, та­рельчатая, плоская).

Способ упругого уравновешивания реализуется в весоизмерительных уст­ройствах, построенных на базе электро­механических первичных преобразова­телей силы, таких, как тензорезистор-ные, вибростержневые, магнитоупругие, пьезоэлектрические. Они образуют боль­шую группу электромеханических весов.

Весоизмерительные устройства с электромеханическими преобразователя­ми структурно состоят из грузоприем-ного устройства, первичного преобразо­вателя и блока обработки информации.

Грузоприемное устройство в общем случае представляет собой комбинацию грузоприемной части (платформа, бун­кер, лента конвейера и т. п.) и механизма связи с первичным преобразователем (встраиваемый узел). Функциональное назначение грузоподъемного устройства состоит в передаче силы, создаваемой взвешиваемым грузом, на первичный преобразователь. Первичный преобразо­ватель преобразует воздействующую на него механическую силу в электричес-

кий сигнал, содержащий информацию о массе груза.

Среди аналоговых преобразователей силы наиболее широкое применение получили тензорезисторные датчики, дей­ствие которых основано на использо­вании эффекта измерения электричес­кого сопротивления проволочной (фоль­говой, монокристаллической) решетки, наклеенной (подвесной, навитой) на упругий элемент, при ее деформации под нагрузкой.

Повышение точности аппаратуры для тензорезисторных преобразователей обеспечило снижение погрешности изме­рения массы до 0,03 %, определило ис­пользование тензорезисторных систем измерения в весах, обеспечивающих ком­мерческую и технологическую точность.

Весоизмерительные устройства с элек­тромеханическими преобразователями по конструктивным признакам могут быть одно-, двух-, трех- и многоопор­ными. Для обеспечения независимости показаний от местоположения груза на платформе в электромеханических весах применяют преобразователи спе­циальной конструкции — с упругим элементом, выполненным в форме па­раллелограмма. При многоопорном взве­шивании сигналы преобразователей сум­мируются.

Для усиления, преобразования и из­мерения сигнала, получаемого с первич­ного преобразователя, в весоизмери­тельных системах применяют вторичные преобразователи, подразделяемые на ана­логовые с выходным сигналом в виде аналоговой величины (тока, напряжения, угла поворота и др.) и цифровые, у ко­торых результат измерения формируется в виде кода.

Обработка первичной информации с использованием встраиваемой микро-ЭВМ и микропроцессорных БИС (боль­ших интегральных схем) позволяет уменьшить объем аппаратуры, ее мате­риале- и энергоемкость, а программное обеспечение — повысить метрологические характеристики весоизмерительных сие-

тем вследствие программной линеариза­ции характеристик датчика, учета «ухода нуля», коррекции температурных по­грешностей и др.

Тензометрические преобразователи си­лы применяют практически во всех груп­пах весоизмерительного оборудования для нагрузок от одного килограмма до сотен тонн.

Для измерения малых нагрузок, глав­ным образом в лабораторных электро­механических весоизмерительных уст­ройствах, используется компенсацион­ный метод.

Компенсационное весоизмерительное устройство содержит преобразователь из­меряемой силы в перемещение, преоб­разователь перемещения в электрический сигнал, усилитель и силовой компенса­тор, создающий необходимую противо­действующую силу.

При компенсационных методах, как правило, применяют индуктивные преоб­разователи перемещения в электричес­кий сигнал. Силовой компенсатор опре­деляет диапазон измеряемых сил. В ла­бораторных весах применяются обрат­ные преобразователи магнитоэлектричес­кого типа.

Простейшим инерционным методом является вычисление массы тела т по его ускорению а под воздействием си­лы F с использованием зависимости т = F/a. Этот метод осуществляется, например, в масспектрометрах, где си­ла, действующая на заряженные части­цы, создается электрическим или магнит­ным полем.

При инерционном методе измерения массы путем измерения частоты / или периода Т колебаний устройство для из­мерения массы должно содержать коле­бательную систему, частота колебаний которой зависит от измеряемой массы.

Масса m тела пропорциональна коэф­фициенту жесткости к силового элемен­та и квадрату периода Т свободных колебаний системы:

При определении массы следует учи­тывать влияние диссипативных сил, обус­ловленных внутренним трением в мате­риале силового элемента.

В некоторых случаях массу вещества или тела определяют измерением их объема и плотности известными спосо­бами. При объемном способе погреш­ность измерения массы 3 — 5 % обуслов­лена измерением объема и плотности вещества при изменении его температу­ры, гранулометрического состава и т. д.

Нормирование допускаемых погреш­ностей для весоизмерительных прибо­ров основано на двух характеристиках весов: цены наименьшего деления d и числа деления п. Если весы не имеют цены деления, как, например, гирные весы, то для них принимают условное значение цены деления как определен­ную часть предельной нагрузки.

Значение цены деления весов харак­теризует их точность. При одной и той же предельной нагрузке весы могут иметь различное число делений; поэтому вве­дены классы точности, которые харак­теризуются приведенной погрешностью весов (табл. 7) .

Кроме того, в каждом классе установ­лено несколько интервалов значения це­ны наименьшего деления и числа деле­ний.

Диапазон нагрузок от наименьшего предела взвешивания НмПВ и пределы допускаемой погрешности весов выра­жают абсолютным значением чисел пове­рочных делений е. В каждом классе точности установлено три интервала зна­чений диапазона нагрузок и предела допускаемой погрешности (при поверке весов после ремонта и на месте их эксп­луатации допускаемая погрешность уве­личена) (табл. 8).

Л14

Дата добавления: 2015-01-30 ; просмотров: 24 | Нарушение авторских прав

Источник

Презентация по физике на тему «Способы определения массы тел» (7 класс)

Описание презентации по отдельным слайдам:

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ТЕЛ МБОУ «Школа №26» города Дзержинска Нижегородской области Руководитель: Фролова Ирина Павловна Выполнил: ученик 7 «А» Спирин Егор

МАССА тела – это физическая величина, которая является мерой инертности тела. Мы уже знаем, что инерция – движение тела при отсутствии действия на него других тел. Обозначение массы тела – m Единицы измерения массы тела: гр, кг, т, ц

Рассмотрим один из способов определения массы тела – это взвешивание на весах.

Прибор для измерения массы – ВЕСЫ. Они бывают: — Рычажные, Пружинные, Электронные Взвешивание на весах, то есть необходимо сравнить массу тела с массой эталона. В международной системе единиц СИ за единицу массы принят один килограмм. Килограмм – это масса ЭТАЛОНА. Эталон изготовлен из сплава двух металлов: платины и иридия. Международный эталон килограмма хранится в г. Севре близ Парижа (Франция). В соответствии с эталоном изготовлено 40 точнейших копий, одна из которых храниться в России, а именно в Санкт-Петербурге в Институте метрологии.

Тело меньшей массы менее инертно, так как его скорость изменяется больше Тело большей массы более инертно, то есть дольше «пытается» сохранить свою скорость неизменной

Сделаю вывод: 1. Масса – физическая величина, характеризующая инертность тела. 2. Массу тела можно определить по изменению скорости тела при его взаимодействии с другим телом. 3. Массу тела можно определить взвешиванием на весах. 4. Основной единицей массы в «СИ» является килограмм.

Используемая литература: 1. А.В. Перышкин Учебник «Физика» п.20,21; 2. Ресурсы сети интернет

Всем спасибо за внимание !

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 809 человек из 76 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

• Сейчас обучается 356 человек из 68 регионов

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

• Курс добавлен 23.09.2021
• Сейчас обучается 47 человек из 23 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

На уроках физики учащиеся выполняют лабораторную работу «Измерение

массы тела на рычажных весах», где учатся пользоваться рычажными

весами и определять массу тел прямым способом.

А как быть, если весов нет? Можно ли измерить массу тела другими

способами? Все выше изложенное определяет актуальность предлагаемой презентации.

Цель презентации выяснить, какими косвенными способами можно

измерить массу тела.

Для реализации этой цели, решаются следующие задачи:

1. Подобрать и проанализировать литературу по теме исследования.

2. Познакомиться с этимологией и историей понятия «масса».

3. Найти и создать копилку косвенных способов измерений массы тел.

4. Проверить косвенные способы измерения массы тела на практике.

5. Изготовить модель рычажных весы.

Номер материала: ДБ-1512931

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Российский совет олимпиад школьников намерен усилить требования к олимпиадам

Время чтения: 2 минуты

Минпросвещения работает над единым подходом к профилактике девиантного поведения детей

Время чтения: 1 минута

Рособрнадзор откажется от ОС Windows при проведении ЕГЭ до конца 2024 года

Время чтения: 1 минута

В МГУ разрабатывают школьные учебники с дополненной реальностью

Время чтения: 2 минуты

В проекте КоАП отказались от штрафов для школ

Время чтения: 2 минуты

Минпросвещения разрабатывает образовательный минимум для подготовки педагогов

Время чтения: 2 минуты

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник