§21 Измерение массы тела на весах

Определения и обозначения

Равноплечие весы — прибор для сравнения массы тела с массой гирь по равновесию двух чашек. Их коромысло имеет одинаковые плечи, поэтому чашки сопоставляют массу тела и гирь напрямую. Такой прибор нужен, чтобы определить массу тела, а не оценивать её на глаз. Результат получают по гирям, которые уравновесили тело.

Гири — тела известной массы, которыми уравновешивают тело при взвешивании. На каждой гире обычно указана её масса, поэтому её значение можно использовать в расчёте. Гири нужны как образцы для сравнения, а не как часть измеряемого тела. Их кладут на чашку весов и подбирают до равновесия.

Взвешивание — определение массы тела с помощью весов и гирь. Во время него тело и гири размещают на разных чашках и сравнивают их действие на коромысло. Взвешивание позволяет перейти от неизвестной массы к известным значениям на гирях. Чтобы результат был верным, весы сначала приводят в рабочее состояние.

Разновес — набор гирь разных масс, позволяющий подобрать нужную суммарную массу. В нём обычно есть крупные и мелкие гири, чтобы сначала быстро приблизиться к равновесию, а затем уточнить его. Разновес нужен, когда одной гири подходящей массы нет. Массу тела находят по сумме гирь, которые оказались на чашке.

Как это устроено

Равноплечие весы сравнивают массы благодаря одинаковой длине частей коромысла по обе стороны от опоры. Когда на чашках находятся тело и гири, более тяжёлая сторона стремится опуститься. Если массы равны, действие на обе стороны одинаково и коромысло остаётся горизонтальным. Поэтому равновесие чашек показывает, что масса тела равна общей массе гирь.

Основные части весов — коромысло, опора, чашки и указатель, например стрелка. Коромысло поворачивается на опоре, а чашки удерживают тело и гири; указатель помогает заметить даже небольшой наклон. Если стрелка стоит напротив отметки равновесия или колеблется около неё одинаково в обе стороны, весы уравновешены. Наклон стрелки или коромысла показывает, какая чашка перевешивает.

До измерения проверяют пустые чашки, потому что они сами могут иметь неодинаковую массу или быть установлены не совсем точно. Если начать взвешивание при перекосе, равновесие наступит не при равных массах тела и гирь, и итог окажется неверным. Начальный перекос устраняют регулировочными винтами или небольшими регулировочными грузиками, если они предусмотрены конструкцией. К подбору гирь переходят только после того, как пустые чашки уравновешены.

Тело кладут на одну чашку, а гири — на другую, чтобы их массы можно было сравнить. Сначала удобно использовать крупные гири: они быстро дают приближение к нужной массе. Если чашка с гирями опускается, значит, гирь пока слишком много; если опускается чашка с телом, значит, их недостаточно. Гири добавляют или убирают, переходя к меньшим, пока указатель не покажет равновесие.

После достижения равновесия записывают массы всех гирь на чашке и складывают их. Это нужно потому, что каждая гиря вносит свой вклад в общую массу, уравновешивающую тело. Например, гири массами 100 г и 20 г вместе имеют массу 120 г. Значит, уравновешенное ими тело также имеет массу 120 г, а в записи результата указывают единицу измерения.

Части равноплечих весов и их назначение

Сначала проверьте положение коромысла и указателя без груза, а затем разместите тело и гири на разных чашках. По наклону определяйте, какую сторону нужно облегчить или утяжелить. Когда указатель покажет равновесие, сложите массы гирь.

Разбор задач

Задача 1

Тело уравновесили одной гирей массой 200 г. Какова масса тела? Нужно использовать не вес тела, а результат сравнения масс на чашках. Поскольку весы уравновешены, масса тела равна массе гири.

1. Записываем известную массу гири: 200 г. Это единственная гиря на чашке.
2. Учитываем условие равновесия: масса тела равна массе гирь на другой чашке. Значит, для вычисления ничего складывать с другими гирями не требуется.
3. Переносим значение гири в ответ и сохраняем единицу измерения. Получаем массу тела 200 г.

Ответ: 200 г.

Задача 2

Тело уравновесили гирями массой 100 г, 20 г и 5 г. Определите его массу. Здесь нельзя ограничиться самой большой гирей, потому что все три гири участвуют в равновесии. Сначала найдём их общую массу, а затем приравняем её к массе тела.

1. Выписываем массы гирь: 100 г, 20 г и 5 г. У всех единица измерения одна и та же.
2. Складываем значения: 100 г + 20 г + 5 г = 125 г. Эта сумма показывает массу всего набора на чашке.
3. Так как чашки уравновешены, масса тела равна полученной сумме. В ответе оставляем граммы.

Ответ: 125 г.

Задача 3

При подборе гирь чашка с телом опустилась, а чашка с гирями поднялась. Как изменить набор гирь, чтобы определить массу тела? Положение чашек показывает направление перекоса, а не готовое значение массы. Опустившаяся чашка тяжелее, поэтому в данном случае тело пока тяжелее набора гирь.

1. Определяем, какая сторона тяжелее: опустилась чашка с телом. Значит, гирь на второй чашке недостаточно.
2. Добавляем на чашку с гирями гирю, сначала подходящей крупной массы. После добавления снова наблюдаем за коромыслом и указателем.
3. Если чашка с гирями начинает опускаться, гирь стало слишком много: убираем часть и уточняем подбор меньшими гирями. Продолжаем до равновесия, затем складываем массы оставшихся гирь.

Ответ: добавлять гири, пока чашки не уравновесятся, а затем сложить массы гирь.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать массу тела равной массе только одной гири, хотя на чашке может лежать несколько. Так бывает, когда замечают самую крупную гирю и забывают о добавленных к ней маленьких. Проверка простая: пересчитайте все гири на уравновешенной чашке и сложите их массы.

Вторая ошибка — начинать взвешивание, не проверив пустые чашки. Начальный перекос может казаться результатом измерения и сдвигает точку равновесия. Перед работой убедитесь, что пустой указатель стоит у отметки равновесия, и устраните перекос регулировкой.

Третья ошибка — думать, что опустившаяся чашка легче. На самом деле опускается сторона, которая тяжелее, поэтому неверное прочтение наклона ведёт к неправильному подбору гирь. Проверьте себя: если опускается чашка с телом, гирь пока недостаточно; если с гирями — их слишком много.

Четвёртая ошибка — называть измеряемую величину весом. Путаница возникает потому, что в быту говорят о «весе» предмета, когда имеют в виду его массу. На равноплечих весах сравнивают массы, а не измеряют силу; проверить себя можно по единице результата: масса записывается в граммах или килограммах.

Связь с другими темами

Для взвешивания нужно знать, что масса характеризует тело и измеряется в килограммах и граммах. Эти единицы помогают записывать и сравнивать результаты: 1 кг = 1000 г. Также необходимо понимать, что такое равновесие: чашки показывают одинаковое действие по обе стороны коромысла, когда массы сравниваемых грузов равны.

Навык взвешивания пригодится в лабораторных работах по физике, где требуется получить измерение, а не оценку. Он учит проверять прибор перед работой, наблюдать за его показаниями и записывать результат с единицей. Это общий порядок действий для многих измерений: подготовить прибор, выполнить измерение и проверить, что результат имеет смысл.

Что запомнить

• Массу тела на равноплечих весах сравнивают с массой гирь.
• При равновесии чашек масса тела равна суммарной массе гирь.
• Перед взвешиванием проверяют равновесие пустых чашек.
• Гири добавляют, пока чашки не уравновесятся.
• Массу тела находят сложением масс всех использованных гирь.
• Результат записывают с указанием единицы измерения.