Cel ćwiczenia:
1. Definicje
masa [łac. < gr.], fiz. skalarna wielkość charakteryzująca obiekty
- zapoznanie z pojęciami masy, siły,
Ćw. 3
fizyczne, służąca do ilościowego opisu ich bezwładności i
- z metodami dokonywania pomiarów masy i siły.
oddziaływania grawitacyjnego
POMIAR MASY, SIA
Y
Pomiar masy przeprowadza siÄ™ korzystajÄ…c z II zasady dynamiki
Newtona bÄ…dz
wykorzystując zjawisko grawitacji (porównuje się siły
ciężkości działające na ciała materialne w tym samym  w przybliżeniu
 punkcie pola grawitacyjnego Ziemi).
masa właściwa, fiz. gęstość (masy).
[http://encyklopedia.pwn.pl/]
grawitacja  zjawisko fizyczne polegajÄ…ce na wzajemnym
2. Pomiary masy:
siła bezwładności, fiz. siła występująca w nieinercjalnym układzie przyciąganiu się ciał
a) bezpośrednie  przez porównanie ze wzorcem,
odniesienia, niezwiązana z oddziaływaniem żadnych konkretnych ciał;
np. siła Coriolisa, siła odśrodkowa.
np. waga szalkowa
Grawitacja na powierzchni Ziemi - Przedmiot o masie m na powierzchni
naszej planety działa siła Fg:
b) pośrednie  najczęściej poprzez pomiar siły, ciśnienia,
bezwładność, inercja, właściwość układu fiz. charakteryzująca jego
wydłużenia
podatność na zmiany stanu pod wpływem czynników zewnętrznych;
Miarą bezwładności jest masa, a jej odpowiednikiem w ruchu
Gdzie: Mz H" 5,9736 1024 kg  masa Ziemi, rz H" 6373,14 km , a z drugÄ… zasadÄ… dynamiki:
obrotowym  moment bezwładności Każde przetwarzanie jednej wielkości w drugą może być
potencjalnie z
ródłem błędów.. i na ogół jest!
moment bezwładności, mech. wielkość fiz. będąca miarą
Po podstawieniu:
bezwładności bryły sztywnej w ruchu obrotowym;
[http://encyklopedia.pwn.pl/]
2o - poprzez pomiar ciśnienia  np. siłownik z manometrem
1o - poprzez pomiar siły (np. sprężyna:
3. Siła .
Równowaga siły grawitacji i siły w sprężynie: m*g=k*x
3o &
siła - (fiz.) wektorowa wielkość fizyczna będąca miarą oddziaływania ciał
m=(k*x)/g
..
PrzyrzÄ…dy mechaniczne
materialnych
..
mierzymy tak naprawdę zmianę wymiaru sprężyny
Jednostką siły w układzie SI jest Niuton [N]
..
DA
UGOŚĆ w [mm], lub K
T w [deg]
Siła ma wartość jednego Niutona (1 N) jeżeli ciału o masie jednego
kilograma (1 kg) nadaje przyspieszenie jeden metr na sekundÄ™ do
Nazewnictwo: Siłomierze sprężynowe, pałąkowe
kwadratu (1 m/s2): F=m*a
Obecnie najczęściej stosuje się przyrządy elektryczne lub elektroniczne
- odczyt, rejestracja, dokładność,
Siłę przedstawia szybkość zmian pędu w czasie:
Przy stałej masie możemy wyjąć masę m przed nawias:
Szczególnym przypadkiem siły jest ciężar.
W układzie CGS jednostką siły jest dyna.
W układzie ciężarowym jednostką siły jest kilogram-siła (kG) lub kilopond (kp).
4.1.1 Najczęściej spotykanym przetwornikiem jest tensometr
4. POMIARY SIA
Y
4.1 POMIARY SIA
SKUPIONYCH
- Czujnik (tensometr przyklejony jest na powierzchni
Wspólną cechą urządzeń do pomiaru sił we wszystkich ich postaciach obciążanego elementu)
Siły, z jakimi mamy do czynienia w miernictwie przemysłowym
jest wytworzenie siły równoważącej w taki sposób, aby sama ta siła lub -Zmiana wymiaru przedmiotu~zmiana wymiaru tensometru
zawierają się w granicach od około 1 N do 107 N,
towarzyszące jej zjawisko były miarę mierzonej wielkości. (na ogół zmniejszenie średnicy drucika tensometru)
o przebiegu czasowym od quasi-stacjonarnego do niskich
- Zmiana wymiaru tensometru to zmiana jego rezystancji
częstotliwości rzędu 1000 Hz
- Mierzymy wielkość elektryczną  rezystancję
Siły skupione - y
ródłem sił skupionych jest sprężyste odkształcenie
- np. przy stałym natężeniu prądu I, mierzymy napięcie U
lub przyspieszenie działające na masę.
dla prądu stałego: R=U/I
-Rejestrujemy na ogół odpowiednio wzmocniony sygnał
Siły rozłożone  to przede wszystkim ciśnienie wywierane przez
napięcia
płyny na ściany.
- Ponieważ na zmianę rezystancji wpływa zmiana temperatury stosuje
się często kilka tensometrów tak połączonych aby te zmiany niwelować
kompensować  mostek tensometryczny z tensometrami
kompensacyjnymi (tak ustawionymi, żeby nie ulegały odkształceniu na
skutek obciążenia siłą, a jedynie na skutek zmiany temp.)
Inne postacie/rozwiÄ…zania:
- np. napylone ścieżki z półprzewodnika
Rys.1 Tensometryczne przetworniki siły
Przetwarzane wielkości fizyczne:
F µpµd"R/RUwyÄ…(L)
gdzie:
µp, µd oznaczajÄ… wydÅ‚użenie podÅ‚oża i drutu tensometrycznego,
Uwy -napięcie równowagi mostka, co jest bezpośrednim sygnałem wyjściowym
mostka, przetworzonym na wychylenie ą przyrządu wyjściowego analogowego lub
Rys; 8. Schemat skompensowanego mostka tensometrycznego do
liczbÄ™ L przyrzÄ…du cyfrowego
1 "R
pomiaru siły: T -tensometry oporowe, Ro, Rs, Rcz, Rb -oporniki stałe,
U H" U (µ + 1)
wy z
RTO, RTE -oporniki zależne od temperatury
2 R
1 K
Przejście Fą oznacza działanie siłą na element elastyczny o
U = U (µ +1)
"R/R=Kµ wy z
doskonałych właściwościach sprężystych przy założeniu
2 AE
µ = Ã/E
nieprzekroczenia granic liniowej zależnoÅ›ci µp= à /E(prawo
à = F/A
Hooka).
Dla konstrukcji (a) - na Rys. 1 zależność odkształcenia podłoża od siły F wynika z
wytwarzanych momentów gnÄ…cych, a mnożnik µH"1,
Natomiast dla przetwornika w postaci cylindra lub rury z współosiowo działającą siła F
mnożnik µ odpowiada liczbie Poissone'a i ma wartość µ H"0.3
Zasada działania
PODSUMOWANIE:
W tensometrii elektrooporowej wykorzystuje się zjawisko zmiany oporności
4.1.2. Inny sposób pomiaru sił i momentów:
elektrycznej przewodnika wynikającej z jego wydłużenia lub skrócenia. Zależność
Tensometr:
opisuje wzór:
Waga aerodynamiczna
Czujnik, służący do pomiaru odkształcenia, a dzięki temu obliczenia
naprężenia
Waga aerodynamiczna jest przyrządem służącym do pomiaru sił oraz
(Å‚ac. tensus = napiÄ™ty + gr. metréô = mierzÄ™).
momentów, które działają na dany obiekt, umieszczony w strumieniu
gdzie: Á - jest opornoÅ›ciÄ… wÅ‚aÅ›ciwÄ… (rezystywnoÅ›ciÄ…) materiaÅ‚u przewodnika;
powietrza tunelu aerodynamicznego. Obiekt jest połączony z elementami - Pomiar tensometryczny polega na pomiarze odkształcenia i obliczeniu
L - długość przewodnika; A - pole przekroju
naprężenia w oparciu o przyjęty związek fizyczny (np. prawo Hooke'a),
wagi w taki sposób, że umożliwia to zmianę jego położenia. Do pomiaru Z powyższego wzoru wynika zależność na względny przyrost oporności:
wykorzystuje siÄ™ czujniki m. in. mechaniczne, tensometryczne,
- Tensometry wykorzystuje się także pośrednio do pomiaru innych wielkości
nieelektrycznych (np. siły, ciśnienia, drgań),
hydrauliczne oraz pneumatyczne
- Najczęściej stosowanym rodzajem tensometrów są tensometry oporowe,
gdzie: "R - przyrost oporności ; ą - stały współczynnik zależny od wymiarów materiału,
zmieniające swoją rezystancję wraz ze zmianą wymiarów. Ze względu na
(typowa wartość 2) ; µ - odksztaÅ‚cenie
budowę rozróżnia się tensometry oporowe: wężykowe, zygzakowe, kratowe,
foliowe, półprzewodnikowe.
Sprawozdanie:
ImiÄ™ NAZWISKO,
grupa (lab.), rok,
data odbycia ćwiczenia [dd/mm/rr]
data oddania sprawozdania [dd/mm/rr]
1. Cel ćwiczenia
2. Krótko opisać metodę pomiarów tensometrycznych
3. W jakim celu stosujemy tensometry kompensacyjne?
4. Dlaczego zmienia się opór tensometru wraz ze zmianą wymiaru
przedmiotu na który jest naklejony?
5. Jakie fizyczne wielkości przetwarzane są podczas pomiaru
tensometrycznego?
Rys. 2 Tensometr foliowy. Układ z kompensacją temperaturową