Какими приборами можно измерить силу упругости

Что показывает динамометр. Что измеряют динамометром

Динамометр общего назначения на 400 кН
Динамо́ме́тр

(от др.-греч. δύναμις — «сила» и μέτρεω — «измеряю») — прибор для измерения силы или момента силы, состоит из силового звена (упругого элемента) и отсчётного устройства. В силовом звене измеряемое усилие вызывает деформацию, которая непосредственно или через передачу сообщается отсчётному устройству. Существующими динамометрами можно измерять усилия от долей ньютонов (н, долей кгс) до 20 Мн (2000 тс). По принципу действия различают динамометры механические (пружинные или рычажные), гидравлические и электронные. Иногда в одном динамометре используют два принципа.

Пружинные весы

Приборная доска самолёта Ан-140, самая верхняя пара приборов — ИКМ двигателей, 4 % — крутящий момент на минимальном режиме («Тихое руление»)

Что измеряют динамометром в реальном мире

Этот замечательный прибор может применяться в разных условиях. Его роль — просто измерять силу. Это может быть вертикально подвешенный груз. С помощью динамометра измеряют усилия, необходимые для разрушения образцов материалов в промышленных установках. Его можно использовать для определения усилия открывания дверей или силы, с которой створки автоматических дверей сдавят попавший между ними объект.

Конструкционно динамометры бывают разные.

• Самый простой вариант содержит пружину, которая растягивается под воздействием. На ее конце находится указатель и по его смещению можно судить о том, какая сила приложена.
• Пружина может представлять собой свернутую «улиткой» ленту или полую трубку. Так, например, устроен манометр. Под действием газа спираль распрямляется и по степени деформации судят о показателях давления.
• Аналогично — со спиральной пружиной — устроены и домашние кухонные весы «с чашечкой».

Динамометр медицинский: внешний вид и расчеты

При помощи такого ручного аппарата медик может легко и быстро определить силу мышц кисти пациента. Во время этой процедуры поочередно проводятся два измерения на каждой руке, а затем фиксируется самый наилучший результат. Внешне представленный прибор напоминает Однако выглядит он немного иначе, с датчиком и измерительным табло.

Предлагаем ознакомиться Гибриды цитрусовых: сорта и выращивание дома

Для получения более объективных показателей следует вычесть мышечной силы. Ведь ее рост в ходе тренировок довольно тесно взаимосвязан с ростом мышечной массы и веса тела спортсмена. Например, чтобы вы смогли самостоятельно определить относительную величину силы кистей собственных рук, необходимы те показания, которые были получены в килограммах из ручного медицинского динамометра, умножить на сотню, а затем разделить на вес тела человека. Так, для нетренированных ранее мужчин этот индекс будет равен 60-70, а для женщин – 45-50%.

Определение становой силы

В медицине динамометрические устройства применяются для определения силы, оценки работоспособности и выносливости человеческого организма. С помощью этих несложных приборов можно сделать достаточно точное заключение о состоянии мышц человека.

Для медицинских целей применяются в основном ручные динамометры и становые модели приборов!

Предлагаем ознакомиться Как устранить царапину на панели автомобиля

Вариант ручного динамометра определяет мышечную силу пальцев рук человека, сжимающего его своей кистью. Отсюда и второе название – кистевой. Данным прибором повсеместно пользуются физиотерапевты, чтобы оценивать в динамике восстановление мышечной силы пациента после перенесенной травмы. Кистевыми динамометрами широко пользуются в экспедиторских и транспортных компаниях при тестировании вновь принятых работников. Их применяют также в правоохранительных органах, МЧС и вооруженных силах, в организациях профессионального спорта и фитнес-клубах.

Сегодня выпускаются ручные приборы механической и электронной модификаций. Точность измерений с их помощью зависит от соблюдения человеком определенных правил при замерах.

Правила эти очень просты и состоят в следующем:

• Вторую, свободную руку надо расслабить и опустить вниз.
• Затем её нужно отвести в сторону и расположить перпендикулярно туловищу.
• Руку с устройством следует вытянуть вперед.
• Сжимать динамометр кистью следует по команде настолько сильно, насколько это возможно.

По данному алгоритму делается измерение силы каждой руки поочередно, несколько раз подряд.

Из полученных результатов для каждой руки выбирается тот, который лучше!

При нарастании мышечной массы в процессе тренировок показатели, полученные с помощью динамометра, улучшаются.

Точные абсолютные показатели получить довольно трудно, так как на них влияет множество субъективных факторов. Поэтому в расчет берётся, как правило, величина относительной силы кистей рук. Для её вычисления измеренную динамометром силу в килограммах умножают на сто, а затем делят на вес тела человека. У людей, не занимающихся профессионально спортом, относительный показатель равен 45-50 единиц для женщин и 60-70 единиц — для мужчин.

С помощью становых динамометров можно протестировать на статическую силу и выносливость все мышцы, сгибающие и разгибающие корпус человека!

Становой прибор похож внешне на ножной эспандер. Его составные части – это рукоятка, подставка под ноги, трос, оснащенный датчиком измерительный прибор и отсчитывающее устройство.

Для измерения мышечной силы человеку нужно:

• Встать обеими ногами на подножку прибора.
• Наклонить корпус вперед, сгибаясь в пояснице.
• Взяться на рукоять динамометра обеими руками.
• Ноги в коленях при этом не сгибать.
• Затем рукоятку прибора нужно потянуть вверх на себя изо всех сил.

Принцип расчета относительных показателей для становых приборов такой же, как и для ручных. Но величины индексов значительно выше. При индексе до 170 единиц становая сила оценивается как низкая. Показатели от 170 до 200 единиц говорят о силе ниже средних значений.

Средней считается сила выпрямляющих тело мышц при значениях индекса от двухсот до двухсот тридцати. Индекс от 230 до 260 единиц свидетельствует о значениях выше среднего. А более двухсот шестидесяти – это показатели высокой разгибающей туловище силы.

Вычислив мощь кистей рук, можно проверить и результаты в таком базовом упражнении, как становая тяга. Именно в этом движении будут видны все силовые качества человека. Это связано с тем, что при таком упражнении у спортсмена задействуются все основные мышцы тела.

Предлагаем ознакомиться Как измерить влажность воздуха в квартире: приборы для определения уровня влаги

Чтобы осуществить такой замер, необходимо использовать специальный прибор, который внешне очень схож с обычным ножным эспандером. Он состоит из рукоятки для рук и подножки для ног. Однако вместо пружин данное приспособление имеет трос со своеобразным измерительным прибором посередине.

Задача испытуемого заключается в том, чтобы потянуть рукоятки на себя с максимально возможной силой. Для того чтобы определить необходимые значения, следует аналогичным образом, как и в случае с ручным медицинским прибором, рассчитать относительную величину становой тяги. Ее результаты можно интерпретировать следующим образом:

• меньше 170% – низкая;
• от 170% до 200% – ниже средней;
• от 200% до 230% – средняя;
• от 230% до 250% – выше средней;
• больше 260% – высокая.

Если в процессе тренировок у спортсмена значительно увеличиваются показатели относительной силы, то это свидетельствует о существенном повышении мышечной силы и, соответственно, о процентном росте содержания самой мышечной массы.

Динамометры гидравлические

Работа указанного прибора построена на принципе перемещения жидкости, находящейся в цилиндре, вовне за счёт воздействия силы, подлежащей измерению. Вытесняемая жидкость по специальной трубке поступает к аппарату, регистрирующему её количество.

Указанные приборы точнее механических аналогов, однако, существенно сложнее их в конструкционном плане, т.к. любая разгерметизация, либо неправильно выполненное дозирование жидкости, которая заправлена в прибор в процессе его изготовления, существенно сказывается на его точности.

Динамометры электрические

В указанной конструкции имеется два датчика. Один (основной) преобразует возникающую деформацию в электросигнал. Второй, дополнительный, усиливает сигнал, полученный из первого, и записывает его в ОЗУ. В качестве основных датчиков используются индуктивные, тензорезисторные, пьезоэлектрические или вибрационно-частотные.

Весовая нагрузка деформирует датчик, в месте возникновения деформации возрастает сопротивление, что приводит к изменению силы тока. Последняя пропорциональна величине деформации и, соответственно, действующей на датчик силе. Модели электрических динамометров являются самыми высокоточными и обладают минимальными габаритами и весом.

Кроме классификации, приведённой выше, представленные на рынке динамометры подразделяют по их назначению на несколько больших групп, основными из которых являются:

• медицинские динамометры;
• образцовые динамометры.

Предлагаем ознакомиться Срок годности рассыпного и готового риса

Виды силомерных инструментов – как они работают?

Механические инструменты такого вида делятся на пружинные и рычажные.

• Ручной пружинный динамометр устроен так, что сила передается пружинам, они, в свою очередь, будут сжиматься и растягиваться, а направление уже будут создавать приложенные силы. После сжатий и растягиваний на приборе будут видны показатели. Вот они и будут основными величинами, именно их он и регистрирует.
• В рычажных моделях деформация образуется с помощью установленного рычага.

Принцип работы гидравлического прибора основан на вымещениях измеряемой силой жидкостей из цилиндров. В конструкции имеется специальное цилиндрическое устройство, заполненное жидкостью. Когда на приспособлении создается усилие, то жидкость подступает к трубке и затем к аппарату, который записывает и регистрирует показатели. Таким нехитрым законом физики получилось создать довольно точный прибор.

А что же что измеряется динамометром электрического типа? Приборы такого вида состоят из датчиков, с их помощью преобразуется деформация от воздействий сил в электрические сигналы. Также имеются и дополнительные датчики, они усиливают и записывают электрические сигналы от первых датчиков. Если необходимо преобразовывать силы или силовые моменты в деформацию, то нужно пользоваться индуктивными, пьезоэлектрическими, тензорезисторными и вибрационно-частотными датчиками сопротивлений.

Когда будет создаваться силовой момент, то датчик тут же будет деформироваться, а токи моста сопротивлений будут меняться. У электрических сигналов силы всегда пропорциональны деформациям элементов, а значит, и силам воздействий. При помощи второго датчика будет усиливаться сигнал, а показатели будут записываться для следующей обработки.

Принцип работы тормозного измерителя силы основан на поглощении мощностей обследуемых агрегатов. Приборы такого типа отличаются конструктивными решениями, то есть могут быть установлены в тормоза разных видов. Это могут быть гидравлические тормоза Прони или электромагнитные, а с помощью двигателей определяется мощность. Во время работы происходит воздействие на вал, и вращательными усилиями или крутящими моментами происходит измерение прибором. Наиболее часто измеряется скорость вращений валов при помощи тахометра.

Результаты измерений сопоставляются, находится входная и выходная мощности прибора. При помощи гидравлического тормоза есть возможность измерить мощность на агрегатах с высокими оборотами.

В приборах трансмиссионного типа установлено устройство – тензодатчик. Он тесно связан с приводным валом, с его же помощью происходит и измерение деформаций кручений. Деформации меняют электрические сопротивления на тензодатчике. Наиболее часто такими приборами пользуются на судовых двигателях.

Для чего необходимо знать силовые показатели?

Далеко не все знают, как и что измеряет динамометр. Однако такой медицинский прибор довольно хорошо помогает тем, кто регулярно занимается спортом. Ведь систематические самонаблюдения позволяют человеку творчески относиться к своим ежедневным тренировкам и здоровому образу жизни в общем. Зная показатели собственной мышечной силы, спортсмен способен эффективно и рационально использовать физическую культуру для укрепления иммунитета и сохранения здоровья, а также для повышения работоспособности и даже профессионального роста.

Принцип действия

Динамометр работает на одном из основных принципов сохранения в физике. Подробно он уже рассматривался в одной из прошлых статей, это третий закон Ньютона. Внутри динамометра находится пружина или другой элемент, который деформируется под нагрузкой. При этом возникает противодействующая сила. Сам «измерительный предмет» при этом изменяет свои геометрические характеристики, что может быть быстро и довольно точно замерено.

Самая первая картина, которая приходит в голову, когда спрашивают «что измеряют динамометром» — подвешенный на пружине груз. Это самый простой способ измерить силу тяжести или вес объекта. Безмен, который все видели и держали в руках, градуирован в килограммах. Однако, это неверно. Динамометр измеряет не массу, а силу, с которой груз притягивается к поверхности Земли.

Технические характеристики

К динамометру подвешен груз – многие так себе представляют функциональность этого аппарата. Однако на практике в большинстве случаев этот прибор работает благодаря силе рук человека. Наиболее часто используются динамометры серии ДК. В числе их основных параметров значатся:

• Диапазон измерений – от 3 до 140 даН.
• Предел допустимой погрешности – от 0,75 до 4 даН.
• Цена деления прибора – от 0,5 до 2 даН.
• Масса – от 170 до 250 грамм.

Что касается электронных кистевых экземпляров, то их характеристики таковы:

• Максимальный предел измерений – до 120 даН.
• Минимальный предел измерений – 2 даН.
• Дискретность измерений – 0,5 даН.
• Время отключения прибора в случае отсутствия эксплуатации – через 1 минуту.
• Автономная установка нуля – есть.
• Температура эксплуатации – от +10 до +35 градусов по Цельсию.

Становые динамометры производятся со следующими показателями:

• Предел измерений – до 500 даН.
• Цены шкалы – от 2 до 5 даН.

Примечательно, что эти приборы позволяют на ранней стадии диагностировать у детей и подростков проблемы с позвоночником и осанкой.

Принцип действия

Принцип работы электрических устройств основан на том, что датчик испытывает определенную деформацию, вследствие чего происходит изменение токов сопротивления. В результате электросигнал находится в прямой зависимости от деформации элемента. Дополнительному датчику лишь необходимо усилить сигнал и записать его, чтобы можно было снять параметры прикладываемой силы.

Динамометр механического действия работает несколько иначе. Главная его особенность в том, что при приложении силы пружина подвергается деформационному воздействию. Благодаря такому свойству можно измерить параметры деформационного воздействия, то есть силу, которая прикладывается к ней.

Предлагаем ознакомиться Влияние удобрений на рост растений. Роль и влияние удобрений на растения. Органические и органоминеральные удобрения

Гидравлические приборы способны демонстрировать более высокую точность, однако и конструкция у них более сложная. Принцип работы подобного устройства базируется на перемещении жидкости, расположенной в резервуаре, в момент приложения силы. Жидкость, которая была вытеснена по трубке, направляется к прибору, который и фиксирует ее объем.

Классификация

Мы изучили в целом, что такое динамометр в зависимости от назначения? Он может быть образцовым и медицинским.

Первые является эталонными приборами, основное предназначение которых заключается в измерении сил сжатия и растяжения статического характера во время ремонта и проверки рабочих стендов, а также испытательных машин. По своей конструкции эти динамометры состоят из тензодатчика силы, который сопряжен с цифровым измерителем.

Зачастую образцовые аппараты очень мало зависят от температуры и влажности окружающей среды, укомплектованы средствами самодиагностики и автоматической компенсацией искажения от воздействия с боков. Приборы долговечны, с малыми габаритами и отличаются высокой точностью. Образцовые динамометры имеют цифровые индикаторы. У них очень удобный для пользователей интерфейс и есть возможность подсоединиться к персональному компьютеру.

Особое внимание уделим медицинским динамометрам. Благодаря им можно определить показатели силы, выносливости, уровня работоспособности человека. Эти аппараты дают отличную возможность диагностировать состояние мышечной системы пациентов и отслеживать их восстановление после различных травм.

Источник

Динамометр

Сила и ее измерение

Сила в механике — это мера взаимодействия тел. Сила выражает степень механического действия одного тела на другое, и именно сила является причиной изменений движения (ускорения) тел. Вне действия сил любое тело либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно.

Как и большинство физических характеристик, силы имеют величину, что позволяет их сравнивать между собой. И, поскольку действие силы выражается в сообщении телу ускорения, то единица измерения силы базируется на этом свойстве.

Единицей измерения силы в СИ принята такая сила, которая сообщает массе 1 килограмм ускорение 1 метр в секунду за секунду. Эта единица называется «ньютон».

Рис. 1. Сила в физике.

Динамометр

Прибор, предназначенный для измерения силы, называется динамометр.

Однако измерять силу, исходя из ускорения, которое эта сила оказывает на тело известной массы, неудобно в практическом плане. Измеряемая сила должна действовать на какое-то тело внутри прибора, сообщая ему ускорение, — конструкция получается сложной.

Более серьезная проблема состоит в том, что измерительный прибор должен вносить минимальные искажения в измеряемую систему, а если направить измеряемую силу на создание ускорения, то работа силы будет переключена на этот процесс, что существенно повлияет на измеряемую механическую систему, в которую эта работа уже не поступит.

Поэтому для измерения силы необходимо использовать другое физическое явление — сравнение с силой упругости. Такой подход значительно упрощает измерение.

Во-первых, сила упругости может быть легко «передана» другому предмету, что позволяет «встраивать» динамометр в механическую систему. При этом измеряемая сила будет прилагаться к динамометру, а через его упругий элемент — передаваться дальше в механической системе. Искажения получаются минимальны, вся работа силы остается в системе.

Во-вторых, сила упругости большинства упругих веществ линейна в достаточно широком диапазоне. Следовательно шкала измерения динамометра получается линейной, что упрощает использование прибора.

Таким образом, динамометр должен состоять из упругого элемента и индикаторной системы, позволяющей видеть степень его изгиба. В простейшем случае упругим элементом служит обычная пружина, а индикаторной системой — обычная линейка. В более сложных устройствах упругим элементом могут быть рессоры, гидравлические и газонаполненные емкости, специальные тензодатчики. Индикаторная система может преобразовывать изгиб в движение стрелки, поворот барабана с цифрами или в цифровое представление на алфавитно-цифровом дисплее.

Рис. 2. Устройство динамометра.

В обиходе часто используются пружинные весы. По сути, такие весы являются динамометром. Хотя их шкала размечена в единицах массы, на самом деле они измеряют силу тяжести, действующую на взвешиваемое тело, оценивая изгиб пружины. Поскольку сила тяжести прямо пропорциональна массе, шкала весов получается линейной. Внимательно рассмотрев пружинные весы, можно понять, что они отличаются от динамометра только шкалой.

Рис. 3. Пружинные весы.

Что мы узнали?

Динамометр — прибор для измерения силы. Динамометр состоит из упругого элемента и измерительной системы. В простейшем случае упругий элемент — это пружина, а измерительная система — это линейка. При измерении силы упругий элемент изгибается, изгиб измеряется по шкале, проградуированной в единицах силы — в ньютонах.

Источник