Динамометр: как измерить и силу, и здоровье. Динамометр служит для измерения.

Содержание

Например, когда мы подвешиваем груз определенной массы, мы сравниваем силу тяжести, действующую на этот груз, с величиной упругости натянутой пружины.

Динамометр. Характеристики. Виды. Динамометрия.

Динамометр работает на основе одного из фундаментальных принципов физики — принципа сохранения. О нем уже подробно говорилось в предыдущей статье; это третий закон Ньютона. Внутри динамометра находится пружина или другой элемент, который деформируется под нагрузкой. Это создает противодействующую силу. Таким образом, сам «тестовый объект» изменяет свои геометрические свойства, которые можно измерить быстро и довольно точно.

Первый образ, который приходит на ум, когда кто-то спрашивает, что вы измеряете с помощью динамометра, — это груз, подвешенный к пружине. Это самый простой способ измерения силы тяжести или веса объекта. Прибор для изменения веса, который все видели и держали в руках, градуирован в килограммах. Однако это неверно. Динамометр измеряет не массу, а силу, с которой гиря отрывается от поверхности земли.

Принцип работы и устройство

Тормозной динамометр является одним из самых простых и используется для измерения выходной мощности (или тормозной силы). Это делается путем остановки вращения маховика, измерения веса руки, соединенной с тормозом.

Такой испытательный стенд включает в себя:

Блок.
Раму.
Трос.
Тормозные колодки.
Рычаг.
Маховик.

Читайте также: Работа и особенности портового крана Pioneer.

Принцип и принципы принципа работы крана.Принцип и принципы принципа работы крана.Принцип и принципы принципа работы крана. Тормозной момент можно отрегулировать, затянув пружинные болты, удерживающие блок на месте. Динамометр необходимо регулярно охлаждать во избежание перегрева.

Пружинный динамометр DPU-2-2 — это прибор для измерения натяжения. Он используется для измерения статических величин. Сила регистрируется натяжением пружины, которая имеет определенную характеристику упругости. Пружина раздвигает блок, положение которого указано стрелкой на шкале.

Физическое понятие силы

Существует разница между массой тела и его весом. Первая — это абсолютная характеристика. Второй — относительный. Количественно это произведение массы и ускорения, обусловленного гравитацией. Это ответ на вопрос, что измеряется с помощью динамометра. Он может быть разным для одного и того же объекта. Например, если взять с собой на Луну пояс с грузами и взвесить там килограмм гречки, пружина динамометра покажет значение в шесть раз меньше. Его также можно проверить в домашних условиях. Подвесьте гирю на пружину и поверните ее вертикально. Из-за центробежной силы вес будет показывать разные значения в верхней и нижней части дорожки.

В зависимости от конструкции устройства и используемого принципа действия различают электронные, гидравлические и механические устройства. Последние подразделяются также на пружинные и рычажные. Существуют комбинированные модели, сочетающие в себе различные принципы работы для обеспечения высокой точности в различных областях применения. Особую категорию динамометров составляют диагностические приборы, имеющие свою собственную классификацию.

Некоторые модели предназначены исключительно для использования в больницах, клиниках и физиотерапевтических кабинетах. Существуют компактные динамометры для домашнего использования.

Ассортимент этих устройств разнообразен и включает десятки вариаций портативных устройств. Существуют специальные одноразовые устройства, называемые одноразовыми динамометрами.

Они используются для определения силы разрушительных нагрузок — мощных взрывов, огромных динамических давлений, сильных ударов. Они могут послать сигнал на приемное устройство, расположенное на безопасном расстоянии, о характеристиках катастрофического воздействия до того, как произойдет потеря целостности и отказ.

Механические модели

Самое простое и неприхотливое применение. Механический пружинный динамометр передает приложенное усилие на стальную проволоку, намотанную в катушку. В зависимости от конструкции и назначения устройства, рабочий элемент подвергается растяжению или сжатию. Обнаруженная упругая деформация обозначается стрелкой на измерительной шкале. Результат считается пропорциональным приложенной механической силе.

Не менее распространены динамометры с рычагом вместо пружины. Это связано с индексом на измерительной шкале. Приложенная сила отклоняет стержень или пластину рычага на определенное количество единиц. Зарегистрированное значение воспринимается как показатель оказываемого механического давления. Динамометр такого типа нельзя назвать высокоточным измерительным прибором.

Самый простой и наиболее известный инструмент натяжения — это кантер или безмен. Это ручной пружинный баланс. Распространенным примером инструмента рычажного типа для бытового использования является динамометрический ключ для автомобилей.

Гидравлические модификации

Устройства этого типа измеряют силу внешнего воздействия путем вытеснения (толкания) жидкости, находящейся в специальном поршне. Вытесненное вещество движется по трубке к шкале, которая регистрирует его уровень. Динамометр используется для измерения крутящего момента турбинных двигателей. Гидравлические модели устанавливаются на самолетах для автоматического управления лопастями пропеллера в случае отказа силовой установки.

Они намного точнее своих механических аналогов, но и сложнее. Утечка жидкости в цилиндре немедленно приведет к потере работоспособности устройства.

Что такое динамометр и каково его предназначение?

В медицинском смысле это прибор для определения силы мышечных сокращений. Его можно использовать для оценки крутящего момента или сжимающей/растягивающей силы. Его действие основано на физическом законе Гука, который гласит, что деформация упругого тела прямо пропорциональна приложенной к нему силе. Существуют различные типы динамометров, но самым известным является наручный прибор, изобретенный вышеупомянутым Григорием Россолимо. Но существуют также приборы, измеряющие силу мышц стоя и ног, и даже оптические динамометры, измеряющие силу мышц, поддерживающих форму хрусталика глаза.

Использование динамометра в медицине позволяет оценить уровень физической подготовки человека, прогресс в реабилитации после травм и операций, функциональность мышц и степень их роста. Состояние и сила мышц зависят от возраста, пола, веса и общего состояния здоровья человека. Время суток и степень тренированности мышц также влияют на показатели. Фальсификация результатов испытаний на прочность может быть вызвана следующим:

болезнью или недомоганием;
состоянием стресса или депрессией;
недостатком питания и сбитым привычным распорядком дня.

Недостаточные результаты часто наблюдаются у пожилых людей и у людей, которые не заботятся о своем теле и не уделяют достаточного внимания своему физическому развитию.

Виды динамометров, используемых в медицине

В современной медицине используется несколько типов динамометров. К ним относятся:

механический пружинный прибор, выполняющий необходимые измерения за счет сжимающейся и растягивающейся пружины;
механический рычажный динамометр, в котором деформирующее усилие, прикладываемое мышцами рук, передается через рычаг;
гидравлическое устройство, измеряемое силу воздействия по количеству выталкиваемой жидкости, которая проходит по трубке и поступает на датчик;
электронный динамометр, определяющий силу воздействия за счет преобразования деформирующего усилия в электрический импульс.

Существуют динамометры, которые можно использовать только в медицинских учреждениях, а также устройства, которые подходят для индивидуального использования в домашних условиях.

Как измеряется мышечная сила кистей рук?

Небольшие динамометры для запястья состоят из стальной пружины, шкалы и дисплея. Этот тип устройства определяет силу в килограммах. При измерении человек держит прибор так, чтобы шкала была обращена внутрь, и вытягивает руку в сторону на уровне плеч. Вытянув руку, испытатель сжимает устройство до упора, подобно компенсатору. Правая и левая руки измеряются по три раза, и в качестве результата выбирается наибольший показатель. По статистике, средняя сила правой руки составляет 25-33 кг для женщин и 35-50 кг для мужчин. Левая рука слабее, и ее показатели обычно отличаются на 5-10 кг.

Помимо силы мышц на запястье, проверяется также сила в положении стоя. Чтобы определить это, человек встает обеими ногами на платформу, наклоняется вперед, берется за рукоятку динамометра и выпрямляется, прикладывая определенное усилие, пока рукоятка прибора не окажется на уровне колена. Для получения наилучших результатов тест следует также провести три раза подряд и записать лучший результат.

Так для чего же нужны динамометры и какие медицинские открытия вошли в научный мир с их помощью?

Динамометр медицинский: внешний вид и расчеты

С помощью этого портативного устройства врач может быстро и легко определить силу мышц руки пациента. При этой процедуре на каждой руке поочередно проводятся два измерения и фиксируется лучший результат. Однако снаружи устройство выглядит несколько иначе, с датчиком и измерительной картой.

Читать Цитрусовые гибриды: Сорта и выращивание в домашних условиях

Чтобы получить более объективное измерение, нам нужно убрать мышечную силу. Это связано с тем, что его увеличение во время тренировок тесно связано с мышечной массой и массой тела спортсмена. Например, чтобы определить относительную силу рук, необходимо умножить показания в килограммах медицинского кистевого динамометра на сто, а затем разделить на массу тела человека. Таким образом, этот показатель составит 60-70% для ранее не обучавшихся мужчин и 45-50% для женщин.

Работа вышеуказанного устройства основана на принципе, согласно которому жидкость в цилиндре перемещается наружу под действием измеряемой силы. Вытесненная жидкость поступает через специальную трубку в прибор, который регистрирует ее количество.

Они более точны, чем аналогичные механические устройства, но и гораздо сложнее, поскольку любая утечка или неправильное дозирование жидкости, используемой при изготовлении устройства, существенно влияет на точность.

В приведенной выше конструкции имеется два датчика. Один (основной датчик) преобразует указанное напряжение в электрический сигнал. Второй (вспомогательный датчик) усиливает сигнал, полученный от первого, и записывает его в оперативную память. В качестве первичных датчиков используются индуктивные датчики, датчики напряжения, пьезоэлектрические датчики или датчики частоты вибрации.

Весовая нагрузка деформирует датчик, сопротивление увеличивается в месте деформации, что приводит к изменению силы тока. Последняя пропорциональна величине напряжения и, следовательно, силе, действующей на датчик. Модели с электрическим динамометром являются наиболее точными, имеют наименьшие габариты и вес.

В дополнение к приведенной выше классификации динамометры, представленные на рынке, делятся на несколько основных групп, наиболее важными из которых являются:

Виды силомерных инструментов – как они работают?

Механические инструменты этого типа 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 действия гидравлического прибора основан на перемещении измеряемой силы цилиндрами. Конструкция состоит из специального цилиндрического устройства, заполненного жидкостью. Когда к прибору прикладывается сила, жидкость выталкивается вверх в трубку, а затем в прибор, который записывает и регистрирует показания. Используя этот простой закон физики, можно было построить достаточно точное устройство.

Но что измеряет электрический динамометр? Устройства такого рода состоят из датчиков, которые преобразуют искажение сил в электрические сигналы. Существуют также дополнительные датчики, которые усиливают и регистрируют электрические сигналы от первых датчиков. Если необходимо преобразовать силы или моменты сил в деформацию, используются индуктивные, пьезоэлектрические, вольтметры и датчики импеданса вибрационной частоты.

При возникновении момента силы датчик мгновенно деформируется, и токи моста сопротивления изменяются. При использовании электрических сигналов силы всегда пропорциональны деформации элементов и, следовательно, силе удара. Второй датчик усиливает сигнал, а измеренное значение записывается для дальнейшей обработки.

Принцип действия измерителя тормозных сил основан на регистрации усилий контролируемых узлов. Устройства этого типа отличаются по своей конструкции, т.е. могут устанавливаться на различные типы тормозов. Это могут быть гидравлические тормоза Prony или электромагнитные тормоза, а усилие определяется двигателями. Во время работы вал приводится в действие, а вращательные силы или крутящие моменты измеряются устройством. Наиболее распространенным измерением является измерение скорости вращения оси с помощью тахометра.

Результаты измерений сравниваются, и определяется входная и выходная мощность устройства. С помощью гидравлического тормоза можно измерять мощность в агрегатах с высокой частотой вращения.

В устройствах трансмиссионного типа встроен датчик нагрузки. Он тесно связан с приводным валом, и с его помощью также измеряется напряжение кручения. Напряжения изменяют электрическое сопротивление в тензометре. Такие приборы чаще всего используются в судовых двигателях.

Определение и принцип работы

Динамометр — это измерительный прибор, широко используемый в медицине для измерения силы сжатия или растяжения в организме человека. Силовой элемент деформируется под действием силы, прилагаемой пользователем. Электрический или механический сигнал используется для передачи его на компьютерное устройство, которое может быть цифровым или аналоговым. Основной единицей измерения измерителя силы является ньютон — международно признанная единица силы. Особенность устройства заключается в том, что человек может сам определять свою силу без посторонней помощи. Динамометр в основном необходим в медицинских целях для определения силы мышц пациента.

Разновидности контрольно-измерительных устройств

Как мы уже говорили, для измерения силы человека можно использовать динамометр. Существуют следующие варианты этой техники:

Механические аппараты. Каждый из них может быть как рычажным, так и пружинным. Некоторые приборы состоят из двух измерительных устройств. Пружина динамометра является именно тем элементом, через который и передается усилие путем сжатия или растягивания. Важно заметить, что показатель упругой деформации при этом абсолютно пропорционален силе воздействия. Что касается рычажного динамометра, то он работает благодаря деформации данного элемента за счет силы человека, которая, кстати, обязательно регистрируется. Самым простейшим аппаратом пружинного класса, работающим на растяжение, является конструкция, широко известная в народе, как «безмен». Это часто используемый инструмент среди механиков и автомобилистов, под названием динамометрический ключ.
Гидравлический. Данный аппарат работает по принципу вымещения жидкости из специального цилиндра давлением измеряемой силы. Когда она испытывает вытеснение, то протекает к записывающему звену по особой трубке, где ее объем регистрируется. Гидродинамометры, хотя и гораздо более точные в своей работе, нежели механические аналоги, но вместе с тем более сложные в изготовлении. Это проявляется в том, что даже малейшая разгерметизация или же неправильная дозировка жидкости непременно приведет к нарушению точности прибора в целом.

Сила и ее измерение

В механике сила — это мера взаимодействия тел. Сила выражает степень механического действия одного тела на другое и является силой, которая вызывает изменения в движении (ускорении) тел. Вне действия сил любое тело находится в состоянии покоя или движется прямолинейно и плавно.

Как и большинство физических свойств, силы имеют величину, которая позволяет их сравнивать. А поскольку действие силы выражается ускорением тела, единица силы основана на этом свойстве.

Единицей измерения силы в СИ является сила, которая придаст массе в 1 кг ускорение в 1 метр в секунду в секунду. Эта единица измерения называется «ньютон».

Рисунок 1. Сила в физике.

Что измеряют динамометром в реальном мире

Этот замечательный инструмент можно использовать в самых разных областях. Его функция заключается в измерении силы. Это может быть вертикально подвешенный груз. Динамометр используется для измерения усилий, необходимых для разрушения образцов материала на промышленных предприятиях. С его помощью можно определить силу открытия дверей или силу, с которой автоматические дверные створки сжимают объект между собой.

Динамометры бывают различных конструкций.

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».

Виды силомерных инструментов – как они работают?

Механические инструменты этого типа 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.

В передающих приборах есть устройство, называемое тензометрическим датчиком. Он тесно связан с приводным валом и также используется для измерения напряжений кручения. Напряжение изменяет электрическое сопротивление тензодатчика. Эти измерительные приборы широко используются в судовых двигателях.

Читайте также. Как появился циркуляр: история возникновения в кратком изложении. Астрономия и символическое использование

Классификация

Мы в целом рассмотрели, что такое динамометр в зависимости от его назначения. Это могут быть рекомендации и медицинская информация.

Первые представляют собой эталонные измерительные приборы, основное назначение которых — измерение статических сжимающих и растягивающих усилий во время ремонта и проверки верстаков и испытательных машин. Конструкция этих динамометров состоит из датчика нагрузки в сочетании с цифровым измерительным устройством.

Часто эталонные устройства лишь минимально зависят от температуры и влажности окружающей среды и имеют самодиагностику и автоматическую компенсацию деформаций, вызванных боковыми воздействиями. Приборы отличаются прочностью, компактностью и высокой точностью. Динамометры должны быть оснащены цифровыми дисплеями. Они имеют очень удобный интерфейс и могут быть подключены к персональному компьютеру.

Мы сосредоточимся на медицинских динамометрах. Они могут использоваться для определения силы, выносливости и работоспособности человека. Эти устройства — отличный способ диагностики опорно-двигательного аппарата пациентов и контроля их восстановления после различных травм.

Процесс получения показаний динамометров активного типа.

Что измеряют эти динамометры? Результатом их действий является динамометрический стол. Например, в динамометрическом двигателе поток воды, который пропорционален приложенной нагрузке, создает сопротивление вращению ротора. В каждой абсорбционной секции контролируемый поток воды направляется через впускной коллектор в центр ротора. Затем под действием центробежной силы вода попадает во внешний корпус силоизмерительного прибора. Поскольку поток направлен наружу, вода попадает в полости неподвижных пластин статора. Там она замедляется. Постоянное изменение скорости заставляет динамометр поглощать мощность, вырабатываемую двигателем. Эта передача энергии нагревает воду, которая затем сливается.

Неотъемлемой частью современных динамометров является система сбора данных. Эта система обычно состоит из двух блоков: командного блока и рабочего блока, соединенных записывающим кабелем. Рабочая станция — это настольный компьютер, управляемый программным обеспечением на базе Windows. Он подает команды на рабочую станцию и на устройство с сенсорным экраном в прочном корпусе. Рабочая станция управляет регуляторами нагрузки и дросселя, собирает данные и отправляет их в командный модуль для обработки, хранения и анализа.

Точность рабочей станции и, следовательно, точность системы сбора данных зависит от ее способности правильно измерять данные во время динамометрических испытаний. Критически важной для этих измерений является точность датчиков давления, которые измеряют поток воздуха во впускном коллекторе, давление масла и другие уровни энергии движущейся жидкости.

Механический динамометр

Механические динамометры имеют пружинный или рычажный привод. Пружина предназначена для передачи силы или импульса на пружину, которая растягивается или сжимается в зависимости от направления вектора приложения. Согласно законам физики, деформация пружины пропорциональна величине приложенной к ней силы, и это должно быть зафиксировано. В рычажном динамометре рычаг деформируется под действием приложенной силы, и это регистрируется.

Принцип действия этого измерительного устройства основан на том, что регистрируется количество жидкости, вытесненной из цилиндра, а затем это значение преобразуется в величину измеряемой силы.

Электрический динамометр

Основной принцип работы электрического динамометра заключается в том, что при приложении силы датчик деформируется и способен преобразовать саму деформацию в электрический сигнал. Он обнаруживается, записывается и обрабатывается специальным устройством. Окончательный показатель основан на принципе, что сила искажения датчика прямо пропорциональна силе электрического сигнала.

На практике динамометры используются не только для измерения силы тяжести, но и для определения других сил (трения, упругости и т.д.). Эти устройства используются сегодня, например, для измерения силы различных групп мышц человека. Одним из таких устройств является, например, устройство для измерения веса. Они используются для измерения мышечной силы руки путем сжатия ее в кулак.

Динамометры также широко используются для измерения силы тяги локомотивов, тракторов, буксиров, речных и озерных буксирных судов и другого подобного оборудования. Для этого используются специальные динамометры силы тяги. Их главная особенность заключается в том, что они могут измерять силу тяги до нескольких десятков тысяч Ньютонов.

Если говорить о применении динамометров в повседневной жизни, то эти приборы используются для измерения силы сжатия различных закрывающих устройств в автоматическом режиме (например, подземных дверей, грузовых и пассажирских лифтов, гаражных ворот и т.д.). Следует подчеркнуть, что использование таких систем с динамометрами требует точной настройки и своевременного и тщательного обслуживания.

Сила и единицы ее измерения

В физике сила, с которой одно тело действует на другое, называется силой. Эта сила является не скалярной, а векторной величиной. Обычно его обозначают латинской буквой F, а буква H используется для обозначения единицы измерения в честь знаменитого английского физика Исаака Ньютона.

Кроме того, на практике принято использовать дробные единицы силы, например:

Микроньютон 1 мкН = 0.000001 Н
Миллиньютон 1 мН = 0.001 Н
Килоньютон 1 кН = 1000 Н
Меганьютон 1 МН = 1000000 Н

Один Ньютон (1 Н) — это сила, действующая на тело массой 1 кг, которая изменяет его скорость на 1 м/с в секунду.

Эксперименты показывают, что сила тяжести, действующая на тело массой 102 грамма у поверхности Земли, равна 1 Н.