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Para medir fuerzas se utilizan diversos efectos físicos, que se caracterizan por una determinada relación entre la fuerza y otra cantidad, por ejemplo, deformación (relativa o absoluta), presión, piezoelectricidad, magnetoestricción, etc. El método más común para medir la fuerza es el uso de la deformación elástica de elementos de resorte (por ejemplo, escalas de resorte). Dentro de los límites de la ley de Hooke, se observa dependencia proporcional entre fuerza F y deformación ε o D yo: F~e~D l.
La deformación se mide con mayor frecuencia utilizando los métodos eléctricos, ópticos o mecánicos descritos anteriormente.
Dependiendo del método elegido y del rango de medición, el elemento sensor deformable (que detecta la deformación) está diseñado de tal manera que la deformación se reproduce en forma de tensión o compresión, es decir, como un cambio en la longitud inicial (base). El elemento elástico junto con los elementos adheridos al mismo que realizan funciones de transformación (mecánica, eléctrica, etc.), carcasa protectora, etc. forma un transductor de fuerza (dinamómetro). A pesar de la variedad de requisitos en cuanto a carga nominal, características debidas a técnicas de medición y otras razones, todos los elementos elásticos se pueden reducir a un número relativamente pequeño de tipos básicos.
Dinamómetros mecánicos Se utiliza principalmente para mediciones individuales en condiciones de funcionamiento particularmente duras, así como cuando es aceptable una precisión relativamente baja. Sin embargo, el uso de instrumentos de medición sensibles (micrómetro, microscopio) para medir las deformaciones permite utilizar dinamómetros mecánicos para lograr una buena precisión.
En otros dinamómetros, un cambio en la longitud del elemento elástico se convierte en movimiento a lo largo de la escala de un puntero luminoso desviado por un espejo giratorio unido al elemento elástico (dispositivo Martens). Con un servicio calificado y teniendo en cuenta las numerosas obligaciones asociadas con la técnica de medición, se pueden lograr resultados altamente precisos. Debido a una serie de dificultades, estos instrumentos se utilizan casi exclusivamente para pruebas y calibración.
Dinamómetros hidráulicos Puede utilizarse para mediciones de precisión moderada en condiciones operativas adversas. Utilizan manómetros con tubo Bourdon como instrumentos indicadores. Suelen montarse directamente sobre el dinamómetro; si es necesario, se pueden conectar al dinamómetro mediante un tubo capilar de varios metros de longitud. Estos dispositivos de medición permiten la conexión de dispositivos de registro.
Dinamómetros eléctricos. El rápido desarrollo de la ingeniería eléctrica y la electrónica ha llevado al uso generalizado de métodos eléctricos para medir cantidades mecánicas, en particular la fuerza. Al principio, los transductores de deformación mecánicos en los dinamómetros mecánicos fueron reemplazados por eléctricos (por ejemplo, los transductores de desplazamiento mecánicos por inductivos). Con el desarrollo de las galgas extensométricas se han abierto nuevas posibilidades. Sin embargo, independientemente de esto, se mejoraron otros métodos de medición eléctrica y se desarrollaron nuevos métodos de medición.
En elección La precisión de la medición es de gran importancia.
1.2.1 Dinamómetros extensímetros eléctricos.
Entre los dinamómetros hay valor más alto, concretamente dinamómetros extensímetros. El rango de medición de estos dinamómetros es inusualmente amplio: hay dinamómetros con fuerzas nominales desde 5 N hasta más de 10 MN. alta precisión de medición. el error es del 0,03% e incluso del 0,01%.
Diseño, tipos principales. En su forma más simple, el elemento elástico sensible de un dinamómetro es una varilla cargada a lo largo de su eje. Los elementos sensores de este tipo se utilizan para mediciones en el rango de 10 kN a 5 MN. Cuando se carga, la varilla se contrae y al mismo tiempo su diámetro aumenta de acuerdo con el coeficiente de Poisson. En el circuito del puente de Wheatstone se incluyen galgas extensométricas pegadas a la varilla en la región de un campo de fuerza uniforme, de modo que en sus dos brazos opuestos hay galgas extensométricas, cuyas rejillas están dirigidas a lo largo del eje de la varilla o perpendicularmente a ella.
Además de las galgas extensométricas, el circuito del puente de Wheatstone incluye elementos de circuito adicionales que sirven para compensar diversos efectos dependientes de la temperatura, como inestabilidad cero, cambios en el módulo elástico y expansión térmica del material del elemento sensor, cambios en la sensibilidad de la galga extensométrica y la linealización de la característica del dinamómetro.
La tensión de salida es proporcional a la deformación relativa y esta última, de acuerdo con la ley de Hooke, es proporcional a la carga sobre la varilla.
Para ampliar el rango de medición a 1 - 20 MN para una mejor distribución de la tensión, el elemento elástico a menudo se fabrica en forma de tubería y se pegan galgas extensométricas a sus superficies internas y externas.
La Figura 1 muestra algunos tipos de elementos elásticos para dinamómetros extensímetros.
Para medir fuerzas en un rango más pequeño (hasta aproximadamente 5 N) y aumentar la lectura, se utilizan elementos sensores que utilizan deformaciones de flexión en lugar de deformaciones longitudinales.
Ya sabemos que para describir la interacción de los cuerpos se utiliza una cantidad física llamada fuerza. En esta lección aprenderemos más sobre las propiedades de esta cantidad, las unidades de fuerza y el dispositivo que se utiliza para medirla: un dinamómetro.
Tema: Interacción de cuerpos.
Lección: Unidades de fuerza. Dinamómetro
Antes que nada, recordemos qué es la fuerza. Cuando otro cuerpo actúa sobre un cuerpo, los físicos dicen que el otro cuerpo ejerce una fuerza sobre ese cuerpo.
La fuerza es una cantidad física que caracteriza la acción de un cuerpo sobre otro.
La fuerza se indica con una letra latina. F, y la unidad de fuerza lleva el nombre del físico inglés Isaac Newton Newton(¡escribimos con minúscula!) y se designa con N (escribimos con mayúscula, ya que la unidad lleva el nombre del científico). Entonces,
Junto con el newton se utilizan unidades de fuerza múltiples y submúltiples:
kilonewton 1 kN = 1000 N;
meganewton 1 MN = 1.000.000 N;
milinewton 1 mN = 0,001 N;
micronewton 1 µN = 0,000001 N, etc.
Bajo la influencia de una fuerza, la velocidad de un cuerpo cambia. En otras palabras, el cuerpo comienza a moverse no de manera uniforme, sino acelerado. Más precisamente, uniformemente acelerado: en períodos de tiempo iguales, la velocidad de un cuerpo cambia igualmente. Exactamente cambio de velocidad Los físicos utilizan los cuerpos bajo la influencia de una fuerza para determinar la unidad de fuerza en 1 N.
Las unidades de medida de nuevas cantidades físicas se expresan mediante las llamadas unidades básicas: unidades de masa, longitud y tiempo. En el sistema SI son kilogramo, metro y segundo.
Dejemos que, bajo la influencia de alguna fuerza, la velocidad del cuerpo. pesa 1 kilo cambia su velocidad por 1 m/s por cada segundo. Es este tipo de fuerza la que se considera 1 newton.
un newton (1 norte) es la fuerza bajo la cual un cuerpo de masa 1 kilogramo cambia su velocidad a 1 m/s uno de cada dos.
Se ha establecido experimentalmente que la fuerza de gravedad que actúa cerca de la superficie de la Tierra sobre un cuerpo que pesa 102 g es igual a 1 N. La masa de 102 g es aproximadamente 1/10 kg o, para ser más precisos,
Pero esto significa que una fuerza gravitacional de 9,8 N actuará sobre un cuerpo que pesa 1 kg, es decir, sobre un cuerpo con una masa 9,8 veces mayor, en la superficie de la Tierra. Así, para encontrar la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo de. cualquier masa, necesitas multiplicar el valor de la masa (en kg) por el coeficiente, que generalmente se indica con la letra gramo:
Vemos que este coeficiente es numéricamente igual a la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo que pesa 1 kg. se llama aceleración terrestre . El origen del nombre está estrechamente relacionado con la definición de fuerza de 1 newton. Después de todo, si sobre un cuerpo que pesa 1 kg se aplica una fuerza no de 1 N, sino de 9,8 N, entonces, bajo la influencia de esta fuerza, el cuerpo cambiará su velocidad (acelerará) no en 1 m/s, sino en 9,8. m/s cada segundo. En la escuela secundaria este tema se discutirá con más detalle.
Ahora podemos escribir una fórmula que nos permita calcular la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo de masa arbitraria. metro(Figura 1).
Arroz. 1. Fórmula para calcular la gravedad.
Debes saber que la aceleración de la gravedad es de 9,8 N/kg sólo en la superficie de la Tierra y disminuye con la altura. Por ejemplo, a una altitud de 6400 km sobre la Tierra es 4 veces menor. Sin embargo, al resolver problemas, descuidaremos esta dependencia. Además, la fuerza de gravedad también actúa sobre la Luna y otros cuerpos celestes, y en cada cuerpo celeste la aceleración de la gravedad tiene su propio significado.
En la práctica, a menudo es necesario medir la fuerza. Para ello se utiliza un dispositivo llamado dinamómetro. La base del dinamómetro es un resorte al que se aplica la fuerza medida. Cada dinamómetro, además del resorte, tiene una escala en la que se indican los valores de fuerza. Uno de los extremos del resorte está equipado con una flecha que indica en la escala qué fuerza se aplica al dinamómetro (Fig. 2).
Arroz. 2. Dispositivo dinamómetro
Dependiendo de las propiedades elásticas del resorte utilizado en el dinamómetro (su rigidez), bajo la influencia de la misma fuerza, el resorte puede alargarse más o menos. Esto permite producir dinamómetros con diferentes límites de medición (Fig. 3).
Arroz. 3. Dinamómetros con límites de medición de 2 N y 1 N
Hay dinamómetros con un límite de medición de varios kilonewtons o más. Utilizan un resorte de muy alta rigidez (Fig. 4).
Arroz. 4. Dinamómetro con límite de medición de 2 kN
Si cuelga una carga de un dinamómetro, a partir de las lecturas del dinamómetro puede determinar la masa de la carga. Por ejemplo, si un dinamómetro con una carga suspendida muestra una fuerza de 1 N, entonces la masa de la carga es 102 g.
Prestemos atención al hecho de que la fuerza no sólo tiene un valor numérico, sino también una dirección. Estas cantidades se llaman cantidades vectoriales. Por ejemplo, la velocidad es una cantidad vectorial. La fuerza también es una cantidad vectorial (también dicen que la fuerza es un vector).
Considere el siguiente ejemplo:
Un cuerpo de 2 kg de masa está suspendido de un resorte. Es necesario representar la fuerza de gravedad con la que la Tierra atrae este cuerpo y el peso del cuerpo.
Recuerde que la fuerza de gravedad actúa sobre el cuerpo y el peso es la fuerza con la que el cuerpo actúa sobre la suspensión. Si la suspensión está estacionaria, entonces el valor numérico y la dirección del peso son los mismos que los de la gravedad. El peso, al igual que la gravedad, se calcula mediante la fórmula que se muestra en la Fig. 1. La masa de 2 kg debe multiplicarse por la aceleración gravitacional de 9,8 N/kg. Con cálculos no muy precisos, a menudo se considera que la aceleración de caída libre es de 10 N/kg. Entonces la fuerza de gravedad y el peso serán aproximadamente 20 N.
Para representar los vectores de gravedad y peso en la figura, es necesario seleccionar y mostrar en la figura una escala en forma de segmento correspondiente a un cierto valor de fuerza (por ejemplo, 10 N).
Representaremos el cuerpo de la figura como una bola. El punto de aplicación de la gravedad es el centro de esta bola. Representaremos la fuerza como una flecha, cuyo comienzo se encuentra en el punto de aplicación de la fuerza. Dirijamos la flecha verticalmente hacia abajo, ya que la fuerza de gravedad se dirige hacia el centro de la Tierra. La longitud de la flecha, de acuerdo con la escala seleccionada, es igual a dos segmentos. Junto a la flecha dibujamos la letra que indica la fuerza de gravedad. Como en el dibujo indicamos la dirección de la fuerza, se coloca una pequeña flecha encima de la letra para enfatizar lo que estamos representando. vector tamaño.
Dado que el peso del cuerpo se aplica a la suspensión, el comienzo de la flecha que representa el peso se coloca en la parte inferior de la suspensión. A la hora de representar también respetamos la escala. Coloca la letra al lado, indicando el peso, sin olvidar colocar una pequeña flecha encima de la letra.
La solución completa al problema se verá así (Fig. 5).
Arroz. 5. Solución formalizada al problema.
Tenga en cuenta una vez más que en el problema discutido anteriormente, los valores numéricos y las direcciones de la gravedad y el peso resultaron ser los mismos, pero los puntos de aplicación fueron diferentes.
Al calcular y representar cualquier fuerza, se deben tener en cuenta tres factores:
· valor numérico (módulo) de fuerza;
· dirección de la fuerza;
· punto de aplicación de la fuerza.
La fuerza es una cantidad física que describe la acción de un cuerpo sobre otro. Generalmente se indica con la letra. F. La unidad de fuerza es Newton. Para calcular el valor de la gravedad es necesario conocer la aceleración de la gravedad, que en la superficie de la Tierra es de 9,8 N/kg. Con tal fuerza, la Tierra atrae un cuerpo que pesa 1 kg. Al representar una fuerza, es necesario tener en cuenta su valor numérico, dirección y punto de aplicación.
Referencias
- Peryshkin A.V. 7mo grado - 14ª ed., estereotipo. - M.: Avutarda, 2010.
- Peryshkin A.V. Colección de problemas de física, grados 7-9: 5ª ed., estereotipo. - M: Editorial “Examen”, 2010.
- Lukashik V.I., Ivanova E.V. Colección de problemas de física para los grados 7-9 de instituciones educativas. - 17ª edición. - M.: Educación, 2004.
- Colección unificada de recursos educativos digitales ().
- Colección unificada de recursos educativos digitales ().
- Colección unificada de recursos educativos digitales ().
Tarea
- Lukashik V. I., Ivanova E. V. Colección de problemas de física para los grados 7-9 No. 327, 335-338, 351.
Hay dos formas de registrar cualidades de fuerza:
- 1. sin equipo de medición (en este caso, la evaluación del nivel de preparación de la fuerza se realiza en función del mayor peso que el atleta es capaz de levantar o sostener)
- 1. utilizando dispositivos de medición: dinamómetros.
Todas las instalaciones de medición de fuerza se dividen en dos grupos:
- a) medir la deformación de un cuerpo al que se aplica una fuerza
- b) medir la aceleración de un cuerpo en movimiento: dinamógrafos de inercia. Su ventaja es que permiten medir la fuerza del atleta en movimiento, en lugar de en condiciones estáticas. La práctica más extendida es medir la fuerza mediante dinamómetros.
Los dinamómetros mecánicos de tipo resorte constan de un eslabón elástico que percibe fuerzas, así como de dispositivos de conversión e indicación y dispositivos medidores de fuerza extensímetros.
Todos los procedimientos de medición se llevan a cabo con el cumplimiento obligatorio de los requisitos metrológicos generales para controlar la aptitud física y el cumplimiento de los requisitos específicos para medir las cualidades de fuerza:
- - determinar y estandarizar la posición del cuerpo (articulación) en la que se realiza la medición;
- - tener en cuenta la longitud de los segmentos del cuerpo al medir el momento de fuerza;
- - tener en cuenta la dirección del vector de fuerza.
Medición de fuerza máxima
El concepto de “fuerza máxima” se utiliza para caracterizar, en primer lugar, la fuerza absoluta, ejercida independientemente del tiempo, y, en segundo lugar, la fuerza cuya duración está limitada por las condiciones del movimiento. La resistencia máxima se mide en ensayos específicos y no específicos:
- - registrar indicadores de fuerza en un ejercicio competitivo, o uno cercano a él en la estructura de manifestación de las cualidades motoras.
- - utilice un soporte para medir la fuerza, que mide la fuerza de casi todos los grupos de músculos en tareas estándar.
La fuerza máxima se puede medir en condiciones estáticas y dinámicas. En este caso, se registran indicadores cualitativamente diferentes: fuerza estática máxima y fuerza dinámica máxima. Al medir las cualidades de fuerza, es necesario prestar especial atención a la postura corporal porque la cantidad de fuerza ejercida puede variar significativamente según el ángulo de la articulación. Los indicadores de fuerza registrados durante las mediciones se denominan absolutos; Los indicadores relativos se determinan mediante cálculo (en relación con la fuerza absoluta y el peso corporal).
Medición de gradientes de fuerza
Los indicadores diferenciales (o gradientes) de fuerza caracterizan el nivel de desarrollo de la llamada fuerza explosiva de un atleta. La determinación de sus valores está asociada a la medición del tiempo para alcanzar la fuerza máxima o unos valores fijos. La mayoría de las veces, esto se hace mediante dispositivos tensodinámicos, que permiten obtener cambios en las fuerzas a lo largo del tiempo en forma de gráfico. Los resultados del análisis del dinamograma se expresan en forma de indicadores de fuerza y tiempo. Compararlos permite calcular los valores de los gradientes de fuerza. El análisis de los resultados de la medición de los gradientes de fuerza permite encontrar las razones de los logros desiguales entre atletas con aproximadamente el mismo nivel de desarrollo absoluto de la fuerza.
Medición del pulso
El indicador integral (impulso) de fuerza se determina como el producto de la fuerza promedio por el momento de su manifestación o por el área limitada por el dinamograma y el eje de abscisas. Este indicador caracteriza las cualidades de fuerza en los movimientos de golpe (golpe de boxeo, golpe a la pelota).
Monitorización de las cualidades de fuerza sin dispositivos de medición
La medición de las cualidades de fuerza mediante instrumentos de alta precisión se lleva a cabo principalmente en el proceso de entrenamiento de atletas calificados. En los deportes de masas, estos dispositivos se utilizan con relativa poca frecuencia; el nivel de desarrollo de las cualidades de fuerza se juzga por los resultados de la realización de ejercicios competitivos o especiales. Hay dos métodos de control:
- - directa: la fuerza máxima está determinada por el mayor peso que un atleta puede levantar en un movimiento técnicamente relativamente simple. No es recomendable utilizar para ello movimientos complejos coordinados, ya que el resultado depende en gran medida del nivel de habilidad técnica.
- - Indirecto: las cualidades velocidad-fuerza y la fuerza resistencia están sujetas a medición. Para ello se utilizan ejercicios como salto de longitud, lanzamiento de peso, dominadas, etc. El nivel de cualidades de velocidad-fuerza se juzga por el rango de lanzamientos o lanzamientos, y el peso del peso en movimiento indica lo que se mide predominantemente: con un significativo
pesas - cualidades de fuerza; en promedio - velocidad-fuerza; a bajas velocidades, a altas velocidades. (V.M. Zatsiorsky, 1982).
La definición de fuerza está implícita en las tres leyes del movimiento de Newton.
1. Todo cuerpo permanece en estado de reposo o movimiento uniforme y lineal hasta que alguna fuerza lo saque de este estado.
2. Una fuerza desequilibrada imparte aceleración al cuerpo en la dirección en la que actúa. Esta aceleración es proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.
3. Si el cuerpo A ejerce cierta fuerza sobre el cuerpo EN, entonces el cuerpo EN actúa con la misma fuerza, pero de dirección opuesta, sobre el cuerpo A.
Según la segunda ley de Newton, la unidad de fuerza se determina como el producto de la masa por la aceleración (F = ma). Existe otra formulación de la segunda ley de Newton. El momento de un cuerpo es igual al producto de su masa por la velocidad de su movimiento, entonces mamá es la tasa de cambio del impulso. La fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la tasa de cambio de su momento. Comer diferentes maneras mediciones de fuerza. A veces, esto es suficiente para equilibrar la fuerza con una carga o determinar cuánto se estira el resorte. A veces, las fuerzas se pueden calcular a partir de otras cantidades observables, como las aceleraciones, al considerar saltar o lanzar proyectiles. En otros casos, lo mejor es utilizar uno de los muchos dispositivos eléctricos conocidos como convertidores mecanoeléctricos. Estos dispositivos, bajo la influencia de fuerzas aplicadas, generan señales eléctricas,
que pueden amplificarse y grabarse en algún tipo de grabación y convertirse en valores de fuerza.
La fuerza de la acción de una persona depende del estado de esta persona y de sus esfuerzos volitivos, es decir, del deseo de mostrar tal o cual cantidad de fuerza, en particular, la fuerza máxima, así como de las condiciones externas, en particular, en los parámetros de las tareas motoras, por ejemplo, los ángulos de las articulaciones en las biocadenas del cuerpo.
Los logros en casi todos los deportes dependen del nivel de desarrollo de las cualidades de fuerza y, por tanto, de los métodos de control y
Se presta considerable atención a mejorar estas características.
Métodos para medir la fuerza.
Los métodos para controlar las cualidades de fuerza tienen una larga historia.
Los primeros dispositivos mecánicos diseñados para medir la fuerza humana se crearon en el siglo XVIII. Al monitorear las cualidades de fuerza, generalmente se tienen en cuenta tres grupos de indicadores.
1. Básico: a) valores instantáneos de fuerza en cualquier momento de movimiento (en particular, fuerza máxima); b) resistencia media.
2. Integral, como el impulso de fuerza.
3. Diferencial, por ejemplo, gradiente de fuerza.
Fuerza máxima muy visual, pero en movimientos rápidos caracteriza relativamente mal su resultado final (por ejemplo, la correlación entre la fuerza máxima de repulsión y la altura del salto puede ser cercana a cero).
Según las leyes de la mecánica, el efecto final de la fuerza, en
En particular, la fuerza lograda como resultado del cambio en la velocidad del cuerpo está determinada por el impulso de fuerza. Si la fuerza es constante, entonces legumbres- es el producto de la fuerza por el tiempo de su acción ( Si =F·∆t). En otras condiciones, por ejemplo, durante las interacciones de impacto, los cálculos del impulso de fuerza se realizan mediante integración, por lo que el indicador se denomina integral. Por lo tanto, el impulso de fuerza más informativo es cuando
control de los movimientos de golpe (en el boxeo, golpeo de la pelota, etc.).
Fuerza media- este es un indicador condicional igual al cociente de dividir el impulso de una fuerza por el tiempo de su acción. La introducción de una fuerza promedio equivale a suponer que una fuerza constante (igual a la promedio) actuó sobre el cuerpo durante el mismo tiempo.
Hay dos formas de registrar cualidades de fuerza:
1) sin equipo de medición (en este caso, la evaluación del nivel de preparación de fuerza se realiza en función del peso máximo que el atleta es capaz de levantar o sostener);
2) uso de dispositivos de medición: dinamómetros
o dinamógrafos.
Todos los procedimientos de medición se llevan a cabo con obligatorio.
Cumplimiento del seguimiento general de la condición física.
requisitos metrológicos. También es necesario estrictamente
Cumplir con requisitos específicos para medir la potencia.
1) definir y estandarizar en intentos repetidos
la posición del cuerpo (articulación) en la que se toma la medida;
2) tener en cuenta la longitud de los segmentos del cuerpo al medir los momentos
3) tener en cuenta la dirección del vector de fuerza.
Control de calidades de potencia sin medir. dispositivos. En los deportes de masas, el nivel de desarrollo de las cualidades de fuerza a menudo se juzga por los resultados de los ejercicios competitivos o de entrenamiento. Hay dos métodos de control: directa e indirecta. En el primer caso, la fuerza máxima corresponde al mayor peso que un deportista puede levantar en un movimiento técnicamente relativamente sencillo (por ejemplo, press de banca). En el segundo caso, no miden tanto la fuerza absoluta como las cualidades velocidad-fuerza o la fuerza resistencia. Para ello se utilizan ejercicios como saltos largos y altos de pie, lanzamiento de balones medicinales, dominadas, etc.
