Баланс Roberval является весы представлены в Академии наук Франции французским математиком Жиль де Personne Roberval в 1669.
В этой шкале две одинаковые горизонтальные балки прикреплены одна над другой к вертикальной колонне, которая прикреплена к устойчивому основанию. С каждой стороны обе горизонтальные балки прикреплены к вертикальной балке. Шесть точек крепления являются шарнирами. Две горизонтальные пластины, подходящие для размещения объектов для взвешивания, прикреплены к верхней части двух вертикальных балок. Стрелка на нижней горизонтальной балке (и перпендикулярно к ней) и отметка на вертикальном столбце могут быть добавлены для помощи в выравнивании шкалы.
Взвешиваемый объект помещается на одну тарелку, а калиброванные массы добавляются и вычитаются из другой тарелки, пока не будет достигнут уровень. Масса объекта равна массе калиброванных масс независимо от того, где на пластинах размещены предметы. Поскольку вертикальные балки всегда вертикальны, а платформы для взвешивания всегда горизонтальны, потенциальная энергия, теряемая грузом при спуске его платформы на определенное расстояние, всегда будет одинаковой, поэтому не имеет значения, где находится груз. Для максимальной точности весы Roberval требуют, чтобы их верхняя точка опоры находилась на линии между левым и правым шарнирами так, чтобы опрокидывание не приводило к нетто-переносу веса ни на левую, ни на правую сторону весов: точка опоры расположена нижеидеальная точка поворота будет иметь тенденцию вызывать чистый сдвиг в направлении любого вертикального столбца, движущегося вниз (в виде петли положительной обратной связи ); Точно так же точка опоры, расположенная выше этой точки, будет иметь тенденцию выравнивать рычаги баланса, а не реагировать на небольшие изменения веса (в петле отрицательной обратной связи ).
Смещенный по центру вес на плите оказывает направленное вниз усилие и крутящий момент на вертикальную колонну, поддерживающую плиту. Направляющая вниз сила переносится подшипником на верхней балке в большинстве весов, нижняя балка просто поддерживается горизонтально в средней точке корпусом весов с помощью простого штифта в пазу, поэтому она эффективно висит под верхней балкой. и останавливает вращение платформ. Крутящий момент на колонну воспринимается парой равных и противоположных сил в горизонтальных балках. Если смещенный груз расположен по направлению к внешней стороне платформы, дальше от центра весов, верхняя балка будет в напряжении, а нижняя балка будет в сжатии. Эти напряжения и сжатия переносятся горизонтальными реакциями от центральных опор; другая сторона чаши совершенно не затронута,нет и баланса весов.
Принципы работы [ править ]
Некоторые предположения сделаны на основе теоретических весов Роберваля. Для того чтобы такой баланс выглядел ровным в своем естественном состоянии и мог уравновесить теоретические массы, должно выполняться следующее:
- Все шесть точек поворота должны перемещаться без трения (поскольку весы Roberval часто фактически требуют вдвое большего количества, всего 12 точек поворота должны быть свободны от трения)
- Длины плеч (слева и справа от точки опоры) должны быть точно равны, если только
- Сами руки не равны по весу , или
- Вес вертикальных колонн и / или поддонов неодинаков.
- Расстояние по вертикали между каждым вертикальным набором точек поворота должно быть одинаковым.
- Для того, чтобы быть сбалансированным спереди назад, баланс должен иметь либо два набора из двух рычагов, расположенных вокруг центральной точки опоры, либо иметь две оси, поддерживающие один набор рычагов.
- Вес рычагов с каждой стороны от точки опоры должен быть одинаковым (если не указано выше).
- Руки должны быть жесткими и негибкими.
- Гравитационная сила или вращательная сила G должны равномерно действовать на весы.
- Если вес чаши над любой вертикальной колонкой сам по себе больше нуля, и любой вес, помещенный на эту чашу, смещен по центру, то тенденция этой чаши к наклону приведет к тому, что баланс будет существовать в состоянии напряжения в точках поворота ниже этой чаши. . Это напряжение проявится как увеличение статического трения.
- Как правило, чем длиннее руки, тем чувствительнее баланс, хотя более длинные руки обычно влекут за собой больший вес руки, что имеет тенденцию к снижению чувствительности.
- Более тяжелые кастрюли и вертикальные колонны также снижают чувствительность.
- Чувствительность, потерянная из-за увеличения веса руки или веса тарелки / стойки, можно нейтрализовать только за счет уменьшения статического трения в точках поворота.
- Верхняя точка поворота центральной опорной колонны предотвращается перемещение влево-вправо и вперед-назад от самой опоры; ему препятствует движение вверх-вниз из-за гравитационного притяжения. Нижняя точка поворота этой колонны должна удерживаться на месте, чтобы она не могла качаться влево-вправо и, в меньшей степени, вперед-назад при движении рук, но при этом не испытывала сил движения вверх-вниз - в этом расположении весь процесс поворота происходит в верхней центральной точке поворота, которая действует как единственная точка опоры для всего баланса; это можно изменить так, чтобы нижняя точка поворота действовала как точка опоры, а верхняя только удерживалась на месте, так что она не могла качаться влево-вправо или вперед-назад.
- Весы Роберваль часто изображаются с «чашей» в виде тарелки или стержня, выступающего из центра каждой вертикальной колонны - это делается для того, чтобы весы могли иметь центр тяжести, который находится в фактическом центре параллелограмма, и чтобы добавить веса к этим пластинам не меняет центр тяжести. Это дает несколько странный результат: правильно сбалансированные весы Роберваль, в отличие от балансировочных балок, могут быть «уравновешены» в любом положении руки: пока массы объектов с обеих сторон равны или чаши пусты, они будут уравновешивать с правой рукой вверх и левой рукой вниз, а также с левой вверх и правой вниз, а также любое положение между ними, и все эти положения будут «правильно сбалансированы».
- Как следствие, поскольку никакие две фактические массы не могут иметь абсолютно одинаковый вес, высокоточные весы Роберваля, измеряющие две такие неточные массы, всегда должны наклоняться либо полностью влево, либо полностью вправо - они не измеряют степень различия, это указывает на существование разницы. Эти эффекты следует отличать от контуров обратной связи и трения в точках поворота, упомянутых выше, поскольку они являются нежелательными эффектами, вызванными недостатками или недостатками конструкции.
- Таким образом, правильный метод использования точных, но настоящих весов Роберваля состоит в том, чтобы поместить одну из масс (известную или неизвестную) на одну тарелку / сковороду, а затем добавить только достаточное количество другой массы на другую чашу до тех пор, пока весы не станут ровными. едва наклоняется полностью в направлении второй добавленной массы. Если руки окончательно заняли горизонтальное положение, это указывает только на трение где-то в точках поворота. Хорошо сделанные и точные весы Роберваль с централизованным центром тяжести никогда не «уравновешивают».
Точность [ править ]
Весы Роберваль, возможно, менее точны и сложнее в изготовлении, чем балансиры с подвесными пластинами. Однако балансировка балок имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что требуются подвесные струны, цепи или стержни. Вместо этого более трехсот лет весы Роберваль были популярны в приложениях, требующих удобства и умеренной точности, особенно в розничной торговле.
Производители [ править ]
К хорошо известным производителям весов Roberval относятся W&T Avery Ltd. и George Salter & Co. Ltd. в Великобритании и Trayvou во Франции. Генри Трёмнер , разработавший весы для Министерства финансов США , был первым американцем, который использовал этот дизайн. [1]
Примечания [ править ]
 | Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . ( Ноябрь 2017 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
- ^ Ребенок, Эрнест. Инструменты химика . Нью-Йорк: издательство Reinhold Publishing Corporation (1940), стр. 88. Цитируется по: Джон Микс Шеннон и Джеральдин Коллинз Шеннон, « Компания Генри Тремнера» . Музей научных инструментов Роберта А. Паселка при Государственном университете Гумбольдта .
Библиография [ править ]
- Дж. Т. Грэм, Весы и весы , Публикации Шира, Эйлсбери (1981) ISBN 0-85263-547-8
- Бруно Киш, весы и веса. Исторический очерк , издательство Йельского университета, Нью-Хейвен (1966) ISBN 0-300-00630-6
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме весов Роберваль . |
- Весы Роберваля
- Демонстрация физики, показывающая удивительный парадокс простой конструкции Роберваль Баланс
