§ 37. Динамометри
За да се получи еластична сила, равна на двойна, тройна и т.н. стойност на референтната сила, е необходимо пружината да се разтегне с две, три и т.н. еталонни тежести наведнъж. Възможно е, като изберете определена пружина, да отбележите при какви разтягания тя действа със сила, равна на двойна, тройна и т.н., еталонната сила. Пружина, калибрирана по този начин, се наричадинамометър (фиг. 58).
Фиг. 58. Градуировка на динамометър
Също така е възможно да се получи определена част от еталонната сила чрез разтягане на пружината с тежест, съставляваща съответната част от еталонната тежест. Нека направим, например, сто такива еднакви тежести, така че всички те заедно да разтягат пружината точно по същия начин като еталонната тежест; всяка от тежестите поотделно ще разтяга пружината по същия начин, както всяка друга от тях. Следователно считаме, че пружина, опъната от една малка тежест, действа със сила, равна на 1/100 от еталонната сила; пружина, опъната от две тежести, действа със сила, равна на 2/100 от еталонната сила и т.н. Чрез измерване на разширението на пружината на динамометъра под действието на такива тежести, дробни части от еталонната сила могат също да бъдат нанесени върху неговата скала.
При маркиране на скалата на динамометъра се установява, че двойна сила съответства на двойно разширение на пружината, тройна сила - на тройно и т.н., т.е. разширението на пружината и еластичната сила, с която действа динамометърът, се оказват пропорционални една на друга. Това ви позволява лесно да маркирате скалите на динамометрите. След като отбелязахме нулата на скалата (без товар) и, например, напрежението, съответстващо на 10 еталонни тежести, можем да разделим разстоянието, получено на скалата, на 10 равни части: преместването на края на пружината с една такава маркировка ще означава промяна в силата, с която динамометърът действа с една еталонна сила.
Трябва да се има предвид, че товапропорционалността се запазва само при достатъчно малки деформации; освен това винаги се нарушава при нееластична деформация, т.е. ако деформацията не изчезне след изчезването на силата.
На фиг. 59 показва един от често срещаните видове динамометри със спирални пружини. Такъв динамометър може да измерва силата, с която дърпаме тялото. На фиг. 60 показва динамометър с друга конструкция, имащ пружинни скоби, чиито краища са здраво свързани един с друг. С помощта на такъв динамометър могат да се измерват както теглителната, така и бутащата сила.
Фиг. 59. Динамометър: ляво - външен вид, дясно - вътрешно устройство
Фиг. 60. Динамометър, действащ едновременно на компресия и опън
Разполагайки с динамометри, можем да измерваме силите, действащи от едни тела върху други както при пряк контакт, така и „от разстояние“. Вече видяхме как да измерим силата на привличане на тялото от Земята: за да направите това, достатъчно е да окачите тялото на динамометър.
Фиг. 61. Измерване на силата на взаимодействие на магнити с помощта на динамометър
Силата, с която магнит I действа върху магнит II, ако южният полюс (5) на магнит I се доближи до северния полюс (N) на магнит II (фиг. 61), може да се определи по следния начин. След като прикрепихме динамометър към количка II, фиксирана в другия край, доближаваме количка I до нея, ще видим, че количка II от своя страна ще се приближи малко до количка I, разтягайки пружината на динамометъра, след което количката II ще спре. И това ще означава, че желаната сила, с която магнит I действа върху магнит II, е равна на силата, с която динамометърът действа върху количката. Но можем директно да определим тази последна сила от показанията на динамометъра.
Фиг. 62. Динамометърпоказва силата, с която ръката дърпа въжето
За измерване на силата, действаща от едно тяло към друго при пряк контакт, динамометърът може да се използва по малко по-различен начин. Например, за да измерите силата, с която човек тегли шейна, е достатъчно да поставите динамометър между ръката и въжето (фиг. 62). Неговото свидетелство ще ни даде силата, с която ръката дърпа въжето. Посоката на силата ще съвпадне с оста на пружината на динамометъра.
Вече казахме, че различните сили предизвикват различни ускорения на дадено тяло. С помощта на динамометри можем да установим най-важното свойство на силите: колкото по-голяма е силата (например, колкото по-разтегнат е динамометърът, прикрепен към тялото, върху което действа), толкова по-голямо е ускорението на тялото. Количествените зависимости между силите и ускоренията ще разберем в § 42.