Способы измерения массы доклад

Способы измерения массы тела в физике

Масса тела в физике

Масса тела (m) — это скалярная физическая величина, которая является мерой инертности тела и гравитационного взаимодействия.

Масса тела отображает, как оно сопротивляется изменению скорости и как сильно притягивается к Земле. Чем больше масса тела, тем меньше изменяется его скорость при воздействии на него.

В международной системе единиц (СИ) массу измеряют в килограммах.

Масса — это аддитивная (то есть добавочная) величина. Масса совокупности тел или материальных точек равна сумме масс всех отдельный тел.

Масса тела не зависит от движения тела, его расположения и воздействия других тел. Согласно закону сохранения массы, в замкнутой механической системе тел масса неизменна во времени.

Чем отличается от веса тела, связь инерции и массы

Хотя в повседневности понятие «масса» часто путают с понятием «вес», в физике они сильно отличаются.

Вес тела (P) — это сила, с которой тело действует на опору или подвес.

P = m g , где P — вес тела, m — масса тела, g — ускорение свободного падения, равное на Земле 9 , 8 м / с 2 .

Перечислим основные различия массы и веса.

1. Масса отражает инертность тела или заряд гравитационного поля. Вес, в свою очередь, отражает силу, с которой тело действует на опору или подвес.
2. Масса — скалярная величина, она не имеет направления. Вес — векторная величина.
3. Вес определяется не внутренними свойствами объекта, а гравитационными силами. Это означает, что на разных планетах вес тела будет отличаться, а масса останется неизменной. В невесомости масса космонавта будет такой же, как на Земле, а вот вес будет равен нулю.
4. Масса тела измеряется в килограммах, а вес — в ньютонах.

Определение 3

Инертность — это свойство тела препятствовать изменению своей скорости при воздействии на него внешних сил.

Инерция — это физическое явление, при котором тело сохраняет свою скорость постоянной или находится в покое, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Закон инерции постулируется первым законом Ньютона. Приведем современную формулировку закона.

Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Второй закон Ньютона в классической механике вводит массу как проявление инертности тела или материальной точки в определенной системе отсчета.

Согласно современной формулировке, второй закон Ньютона звучит следующим образом.

В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.

В виде формулы закон выглядит как:

где a → — ускорение материальной точки, F → — равнодействующая сил, приложенных к материальной точке, m — масса материальной точки.

Что характеризует, каким прибором измеряют

Выделяют два вида массы:

• инертная;
• гравитационная.

Определение 5

Инертная масса показывает инертность тел и выражена во втором законе Ньютона.

Гравитационная масса характеризует силу, с которой тело взаимодействует с полями тяготения и какое гравитационное поле создает само. Входит в закон всемирного тяготения.

Согласно экспериментам на Земле, разницы между гравитационной массой и инертной нет, так что их можно считать равными и объединять в общее краткое понятие. Как правило, они также имеют общее обозначение m.

Масса измеряется в килограммах (кг). Для того, чтобы ее измерить, используют специальный прибор – весы.

Весы измеряют массу тела, а не его вес. Но в повседневном сознании эти понятия считают синонимичными.

Если к телу приложена сила с ускорением 1 м / с 2 , а сила при этом равна 1 Н, то масса такого тела равна 1 кг.

В Международном бюро мер и весов находится эталон массы в 1 кг. С 2018 года им является цилиндр диаметром и высотой в 39,17 мм. Цилиндр состоит из сплава, состоящего на 90% из платины и на 10% из иридия.

Как выражается через плотность и объем, формула

Плотность вещества ( ρ ) — это постоянная величина, равная частному от деления массы вещества на его объем. Плотность отображает, чему равна масса вещества в объеме 1 м 3 . Измеряется в к г / м 3 .

ρ = m V , где ρ — плотность вещества, m — масса вещества, V — объем вещества.

Из этой формулы можно вывести формулу массы.

Примеры решения задач на второй закон Ньютона

Второй закон Ньютона описывает взаимосвязь ускорения, равнодействующей всей сил, приложенных к телу, а также массы тела. Это основной закон динамики.

Напомним формулу Второго закона:

Решим несколько задач по этой формуле.

Дано. На движущееся прямолинейно тело массой 36 кг действует сила, равная 54 Н . Вычислите, чему равно ускорение тела.

Решение. Ускорение и сила, действующая на тело, направлены в одну сторону. Соответственно, ускорение и равнодействующую сил можно рассматривать как скалярные величины.

1 H = 1 к г · м / c 2 , отсюда:

a = 54 Н 36 к г = 1 , 5 м / с 2

Ответ. 1 , 5 м / с 2 .

Дано. Тело массой 10 кг, двигаясь равноускоренно без начальной скорости, за 1 мин прошло в горизонтальном направлении путь, равный 27 м. Произведите необходимые расчеты, чтобы определить, чему равна сила, действующая на тело.

Решение. Прежде чем проводить вычисления, необходимо перевести все единицы в единую систему измерений. Возьмем СИ. Масса выражена в кг, путь — в м. Необходимо перевести время в с:

Ускорение можно найти по формуле пути равноускоренного движения:

S = a t 2 2 ⇒ a = 2 S t 2

a = 2 · 27 м ( 60 с ) 2 = 54 м 360 с 2 = 0 , 15 м / с 2

Теперь можно найти силу F:

F = a m = 0 , 15 м / с 2 · 10 к г = 1 , 5 Н .

Источник

Измерители массы

Описание измеряемой величины. Структурная схема устройства измерения. Характеристика особенностей активной и пассивной гравитационной массы. Аспекты работы пьезорезистивного датчика давления. Изучение основ функционирования весов рейтерного типа.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	доклад
Язык	русский
Дата добавления	16.04.2014
Размер файла	485,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева

Институт Физики и Химии

На тему «Измерители массы»

Студент 103 гр. о/о Лукстин А. В.

Преподаватель: Брагин А.В.

1. Описание измеряемой величины

2. Структурная схема устройства измерения

3. Особенности измерения параметра (датчики, методы и т.д.)

4. Аналоговое устройство измерения (любое простейшее устройство и принцип работы)

5. Цифровое устройство измерения (простейшее устройство и принцип работы)

Список используемой литературы

Каждый раз, что мы покупаем товары в крупном магазине или на рынке, мы можем не заметить, что эти товары проходят через взвешивающие устройства, известные как подвесные весы или электронные крановые весы. Такое оборудование позволяют как торговцу, так и покупателю, оценить товар и определить, сколько это должно стоить. Весы были важным инструментом для различных отраслей промышленности во всем мире. Есть малые и большие весы, в зависимости от потребности промышленности. В наше время, весы видно не только на различных в запасных прилавках или столах для продажи мяса, но они находятся почти в каждой отрасли промышленности. Как следствие прогресса технологий приборостроения, весы также усовершенствуются, чтобы выполнять важные функции.

гравитационный пьезорезистивный давление

1. Описание измеряемой величины

Масса — скалярная физическая величина, одна из важнейших величин в физике. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства — вес.

В современной физике понятие «количество вещества» имеет другой смысл, а масса тесно связана с понятиями «энергия» и «импульс» (по современным представлениям — масса эквивалентна энергии покоя). Масса проявляется в природе несколькими способами.

Пассивная гравитационная масса — показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями — фактически эта масса положена в основу измерения массы взвешиванием в современной метрологии.

Активная гравитационная масса — показывает, какое гравитационное поле создаёт само это тело — гравитационные массы фигурируют в законе всемирного тяготения.

Инертная масса характеризует инертность тел и фигурирует в одной из формулировок второго закона Ньютона. Если произвольная сила в инерциальной системе отсчёта одинаково ускоряет разные исходно неподвижные тела, этим телам приписывают одинаковую инертную массу.

Гравитационная и инертная массы равны друг другу (с высокой точностью — порядка 10?13 — экспериментально, а в большинстве физических теорий, в том числе всех, подтверждённых экспериментально — точно), поэтому в том случае, когда речь идёт не о «новой физике», просто говорят о массе, не уточняя, какую из них имеют в виду.

В классической механике масса системы тел равна сумме масс составляющих её тел. В релятивистской механике масса не является аддитивной физической величиной, то есть масса системы в общем случае не равна сумме масс компонентов, а включает в себя энергию связи, а также энергию движения частиц друг относительно друга.

Грамм — изначально определялся как масса 1 смі воды при температуре 4 °C и давлении в 1 атмосферу. В настоящее время грамм определяется как 1/1000 килограмма. Килограмм в Международной системе единиц (СИ) определяется как масса эталонного килограмма, хранящегося в Палате мер и весов около Парижа. Прототип килограмма изготовлен из платиноиридиевого сплава (Pt 90%, Ir 10%) в виде цилиндрической гири диаметром и высотой 39 мм. Старое определение обладало следующими недостатками:

Определение паскаля зависит от определения килограмма, таким образом, определение было рекурсивным.

Определение паскаля зависит от определения метра и секунды, таким образом, неточность в измерении длины и времени приводила к неточному измерению массы.

В настоящее время

Тонна — 106 (1 000 000) граммов, или 1000 килограммов.

Центнер — 105 (100 000) граммов, или 100 килограммов.

Карат — 0,2 грамма.

2. Структурная схема устройства измерения

3. Особенности измерения параметра (датчики, методы и т.д.)

Пьезорезистивный датчик давления

Для измерения давления в работе использовался датчик абсолютного давления KPY 43A с диапазоном измерений 0.1? 1Атм. Внешний вид и геометрические размеры приведены на рис.1.

Датчики давления — это приборы, которые преобразуют давление в электрический сигнал. В их центре имеется измерительная ячейка, состоящая из системы чипа и тонко протравленной кремниевой диафрагмы, в которой сопротивление определяется внедрёнными ионами кремния.

При подаче давления, отклонение диафрагмы ведет к изменениям в сопротивлениях согласно пьезорезистивному эффекту. Толщина диафрагмы, ее площадь поверхности и геометрическая размеры резисторов определяют диапазон допустимого давления датчика. Изменение в проводимости, зависят от механических напряжений в пределах кристалла. Преимущества датчика давления, использующего полупроводниковую технологию по сравнению с тензометрами сопротивления следующие:

очень низкое измеряемое давление и температурный гистерезис

Один недостаток, который нужно упомянуть — зависимость от температуры, но его можно компенсировать соответствующей совокупностью схем, но в данной работе необходимости в этом нет, поскольку в процессе эксперимента температура изменялась в пределах одного, двух градусов. Принципиальная схема подключения датчика представлена на рис.2.

Образцовый ртутный манометр предназначен для определения давления окружающей среды в помещении, в котором выполнялась калибровка пьезорезистивного датчика. В одной части V-образной трубки давление близко к нулю, в другой измеряемое атмосферное давление. Манометр позволяет определить давление с учетом температуры воздуха, с погрешностью 0,01 %. Формула (1) для расчета давления:

Весы рейтерного типа.

В весах используется достаточно точный компенсационный метод измерения, основу их устройства составляет ось, на которую нанесена резьба, на одной стороне оси находится гайка, определенного веса, с другой стороны вес гайки компенсируется измеряемым нами давлением, в гайке проделаны отверстия. Фото импульсный преобразователь состоит из пары светодиодов и фотодиодов. Свет, испускаемый светодиодом, проходит через отверстие в гайке и улавливается фотодиодом. Что позволяет нам определить положение гайки на оси. Две пары светодиод — фотодиод необходимы для определения направления движения гайки.

Для вычисления давления используется формула P= (N+D*500) *K. Где P — измеряемое давление [кгс/м^2], N-число оборотов на оси, D-номер диапазона, K-тарировочный коэффициент рейтерных весов. Длина рейтера составляет 500 оборотов. При достижении конца рейтера происходит переключение диапазона, при этом число оборотов сбрасывается на 0. Принципиальная схема весов изображена на рисунке 4.

4. Аналоговое устройство измерения (любое простейшее устройство и принцип работы)

1 — настольные циферблатные весы;

2 —механические торговые весы;

3 — товарные шкальные весы;

4 — платформенные шкальные весы;

5 — автомобильные весы

Весы настольные механические. Весы настольные циферблатные выпускают с пределами взвешивания от 2 до 10 кг. По сравнению с настольными тарными весами они обладают более высокой скоростью взвешивания и лучшей наглядностью показаний. Масса товара до наибольшего предела шкалы измеряется по циферблатному указателю без применения гирь.

Конструкция настольных циферблатных весов РН10Ц13У основана на одновременном действии двух рычагов первого рода — коромысла (сдвоенного, дугообразного, равноплечего рычага) и квадранта (неравноплечего рычага с противовесом). Такое сочетание позволяет с использованием гирь взвешивать на весах товары, имеющие массу, превышающую предельное значение шкалы циферблата.

1 — настольные циферблатные весы;

2 —механические торговые весы;

3 — товарные шкальные весы;

4 — платформенные шкальные весы;

5 — автомобильные весы;

Весы состоят из чугунной рамы, большого и малого подплатформенных рычагов, соединенных между собой серьгой. Внутри колонки проходит тяга, соединяющая большой подплатформенный рычаг с коромыслом. Коромысло весов делится с помощью опорной призмы на большое и малое плечо. На малом плече коромысла находится подвижный тарировочный груз, с помощью которого приводят в состояние равновесия ненагруженные весы. На длинном плече коромысла нанесена шкала и имеется передвижная гиря, а на концевой призме подвешен гиредержатель с тарировочной камерой. Весы оснащены неподвижным указателем равновесия 4 и арретиром 6 для закрытия и открытия весов. На колонке весов имеется отвес, состоящий из цепочки с подвешенным грузом и заостренным неподвижным стержнем. Отвес служит для проверки горизонтального положения весов. Если острие груза и неподвижного стержня совпадают. При взвешивании массу груза определяют сложением накладных гирь на гиредержателе и показаний шкалы коромысла.

Для взвешивания тяжелых грузов весы располагают в специальном углублении так, чтобы платформа была на одном уровне с полом. Это облегчает работу по укладке и снятию груза. Перед взвешиванием проверяют равновесие ненагруженных весов. Для этого передвижную гирю отодвигают влево до упора и открывают арретир. Если неподвижный указатель равновесия и коромысло не совпадают, то весы уравновешивают с помощью подвижного тарировочного груза. Перед взвешиванием арретир закрывают. Груз на весы кладут осторожно, без толчков. При взвешивании крупных грузов пользуются трамплином (накладным мостиком). Груз кладут на середину платформы, а при большом количестве размещают равномерно. Он должен касаться посторонних предметов, колонки или свисать с платформы. После укладки груза открывают арретир, на гиредержатель ставят гири и перемещением передвижной гири по шкале добивают равновесия. Взвешивание считается, закончены, если после трех — четырех колебаний указатели равновесия устанавливаются на одном уровне. Затем арретир закрывают, определяют массу груза и снимают его с платформы, а гири с гиридержателя. Передвижную гирю сдвигают на нулевое деление. Запрещается оставлять груз на платформе весов, а при гири на гиредержателе: взвешивать груз массой больше или меньше пределов взвешивания. При взвешивании следует пользоваться только гирями с радиальным вырезом, предназначенными для данных весов

5. Цифровое устройство измерения (простейшее устройство и принцип работы)

Электронные средства измерений постепенно вытесняют традиционные, механические приборы. Применение электроники повысило точность измерений и удобство снятия показаний.

Работа данных и подавляющего большинства других бытовых весов основано на точном измерении электрического сопротивления специального электронного компонента резистивного типа — тензорезистора. Тензорезистор — это ключевой элемент в устройстве электронных весов (тензовесов). Деформируясь под воздействием веса взвешиваемого предмета, электрическое сопротивление тензорезистора изменяется пропорционально весу.

Тензорезисторы широкого спектра применения изготавливаются в виде спиральной, замкнутой, тонкой дорожки из металлической фольги путем химического травления. Основанием для фольги является подложка из тонкого полимерного электроизоляционного материала. Тензорезистор механически жестко связывают (обычно, приклеивают) с поверхностью детали, деформацию которой необходимо измерять. Деформация детали приводит к сжатию или растяжению спиральных витков тензорезистора, что отражается на его сопротивлении.

Весы предназначены для измерения массы. На передней (верхней) панели устройство имеет жидкокристаллический экран, на котором отображается число в целых килограммах, а так же в их десятичных долях. Весы предназначены для установки на жесткую, ровную поверхность (пол), снабжены четырьмя небольшими ножками. В одной ножке находится кнопка, необходимая для автоматического включения весов, когда на них встает человек. Первое нажатие кнопки инициирует запуск режима калибровки — определение «нуля» измерений.

Устройство ножки-кнопки простое: пара контактов, замыкающиеся плоской пружиной. Со временем, проводящие дорожки истираются пружиной, и срабатывание кнопки прекращается. Восстановить работу помогает облуживание зон контакта.

Устройство электронных весов MARTA MT-1650 следующее. Вес верхней металлической платформы с человеческим телом на ней действуют на систему внутренних рычагов. Рычажная система «собирает вес» со всей поверхности платформы и, уменьшив его в несколько раз, надавливает на специальную алюминиевую деталь (назовём её «тензопластиной»), жестко закрепленную одним концом на корпусе весов. В результате этого давления тензопластина слегка изгибается вниз, а имеющееся центральное утончение на ней точно задает точку изгиба. Форма и материал тензопластины подобраны так, чтобы деформация была исключительно упругого типа. Строго напротив утончения расположен тензорезистор, деформирующийся вместе с тензопластиной. При выполнении измерений, сопротивление тензорезистора замеряется электроникой, и на основании измерений на экран выводятся числовые значения в килограммах.

При использовании высокоточных весов, таких, как весы аналитические или лабораторные, существует вероятность погрешности измерений. Источником таких погрешностей могут стать следующие факторы:

Использование дефектного контрольного веса (используется для мошенничества при взвешивании);

Потоки воздуха, даже самые слабые, могут повлиять на результаты взвешивания;

Трение между движущимися частями весов;

Осевшая пыль на поддоне;

Весы могут быть не откалиброваны калибровочными гирями;

Механическая деформация деталей из-за перепадов температуры;

Гравитационное поле Земли может влиять на металлические детали в конструкции весов;

Магнитные поля от устройств, расположенных в непосредственной близости от весов, могут влиять на металлические компоненты весов;

Магнитные нарушения сенсоров;

Химическая реакция между взвешиваемым веществом и воздухом (или, в случае коррозии, весами);

Конденсат на холодных предметах;

Испарение воды с теплых предметов;

Сила Кориолиса от вращения Земли;

Гравитационные аномалии, такие, как использование весов в непосредственной близости от гор;

Вибрации и сейсмические волнения: например, вибрации от проезжающего мимо грузового автомобиля;

Весы, установленные не по горизонтальному уровню или на мягкую поверхность (ковер или резиновое покрытие).

Весы уже давным-давно стали неотъемлемой частью нашей жизни. Мы взвешиваем абсолютно все: начиная с батона колбасы и кончая вариантами «за и против». Определение точного веса помогает вести счет вещам как прямого, так и переносного значения. Весы послужили символическим образом выбора между добром и злом, между правдой и ложью, между понятиями «много» и «мало». На протяжении всей истории становления весов их облик регулярно менялся: от коромысленных весов до современных лабораторных цифровых. Купить весы лабораторные на сегодняшний день не составляет особого труда. Приобрести лабораторные весы можно как на оптовой коммерческой базе, так и в пункте продажи медицинского оборудования. Лабораторные весы представляют собой уникальный сверхточный измеритель веса, надежность которого достигает десятых, а порой даже сотых долей грамма. Вес не придется высчитывать вручную, так как результаты веса уже будут предоставлены на жидкокристаллическом табло.

Сейчас большинство видов весов снабжены электронными механизмами, способными точно и быстро измерять вес. Хотя цена на современные весы может показаться покупателям несколько высокой, все же работа весов оправдывает такую стоимость. На производстве уже много лет подряд приобретаются и используются весы крановые цена и качество которых заслужили доверия у многих предпринимателей. Электронные крановые весы удобны тем, что для их монтажа не нужно выделять место под платформы. Весы могут использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе, причем в любую погоду.

Детские электронные весы не столь прихотливы в работе, все же с их появлением жизнь молодых мам стала значительно легче. Дело в том, что моментальный результат взвешивания удобен как для малыша, так и для мамы. Детские весы купить или приобрести на прокат можно в любой поликлинике.

Список используемой литературы

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Изучение нормативных документов, определяющих требования к лабораторным весам и гирям. Государственная поверочная схема для средств измерения массы. Ознакомление с конструкцией, назначением и классификацией лабораторных весов. Гиревые меры массы.

курсовая работа [1,2 M], добавлен 05.03.2013

Виды давления, классификация приборов для его измерения и особенности их назначения. Принцип действия мановакуумметров, характеристика их разновидностей. Многопредельные измерители и преобразователи давления. Датчики-реле давления, виды манометров.

презентация [1,8 M], добавлен 19.12.2012

Взаимоотношение объема и давления, оценка влияния изменения объема на значение давления. Уравнение давления при постоянном значении массы газа. Соотношение массы и температуры по уравнению Менделеева-Клапейрона. Скорость при постоянной массе газа.

контрольная работа [544,5 K], добавлен 04.04.2014

Основы измерения физических величин и степени их символов. Сущность процесса измерения, классификация его методов. Метрическая система мер. Эталоны и единицы физических величин. Структура измерительных приборов. Представительность измеряемой величины.

курсовая работа [199,1 K], добавлен 17.11.2010

Метод диодного детектора (датчика). Эффект изменения проводимости полупроводника в сверхвысокочастотном электромагнитном поле, эквивалентная схема диода. Метод с использованием газоразрядного датчика. Структурная схема измерителя импульсной мощности.

реферат [608,6 K], добавлен 10.12.2013

Источник