Mérlegek a liftben LEIFIphysik
Mérlegek a liftben
A kísérlet célja
Ha tudni szeretné, hogy mennyi a súlya, akkor általában egy skálán áll és kilogrammban olvassa a kijelző eredményét. A következő kísérlet azonban azt mutatja, hogy a skála által megjelenített érték nem mindig azonos a „tömeg” fizikai mennyiséggel.
Építés és kivitelezés
- konyhai mérleg
- bármely test
- egy lift
Helyezze a mérleget a liftbe, és először állapítsa meg testének „súlyát”, amikor a lift áll. Ezután vegye fel a liftet néhány emeletre, majd ismét lefelé. Közben figyelje a kijelzőt a skálán.
megfigyelés
feladat
Írja le azokat a megfigyeléseket, amelyeket akkor tett, amikor a lift álló helyzetben volt, fel és le ment.
Magyarázat
Még akkor is, ha egy skála kilogramm egységben mutatja a mérési eredményt, végül is egy erőmérő méri azt az erőt, amellyel az elhelyezett test a skálán hat. Hogyan teszi ezt a Mérleg?
Az egyensúlyban van egy nyomórugó, amelyet a rugóra ható külső erő összenyom. A HOOKE törvénye szerint maga a forrás ellentétesen irányított erőt fejt ki. A rugót addig nyomják össze, amíg a külső erő és a rugó ereje egyensúlyban van.
Azt a távolságot, amellyel a rugó egyensúlyban van összenyomva, mérlegben mérjük, és megszorozzuk az ismert rugóállandóval \ (D \). Az eredmény a mérlegre ható külső erő mértéke. Ezt az összeget elosztjuk a gravitáció miatti gyorsulással \ (g \), és az eredményt tömegként jelenítjük meg.
Ez nyugalmi állapotban jól működik, mert a mérlegben lévő rugónak valójában csak a test súlyát kell ellensúlyoznia. Még akkor is, ha a lift állandó sebességgel mozog, semmilyen további erő nem hat, és a mérleg helyes értéket mutat.
Példaként vegyük figyelembe a lift emelkedésének kezdetét, amelynek során a test felfelé gyorsul. Most a mérleg nyomórugójának kell lennie ráadásul a test súlyán kívül a testet felfelé gyorsító erőt is alkalmazza a mérlegen (NEWTON 2. axióma - \ (F = m \ cdot a \)). Ez az összerő nagyobb, mint önmagában a súly. A mérleg azonban megméri a nyomórugó teljes erejét, és rossz, túl nagy „súlyt” jelez.
A felfelé haladó menet fékezésekor pont az ellenkezője van: a testet lefelé irányuló erő fékezi. Ez az erő a nyomórugó erejéből származik kisebb mint a súlyerő és a két erő teljes ereje lefelé irányul. A skála itt is a nyomórugó teljes erejét méri, és ismét hibás, most már túl kicsi „súlyt” mutat.
Megértési feladat
Ha régimódi sugármérleggel hajtotta végre a kísérletet, akkor a teljes út során nem észlel semmilyen különbséget a kijelzőn.