§ 37. Динамометры.

Для получения упругой силы, равной двойному, тройному и т.д. значению эталонной силы, нужно растягивать пружину сразу двумя, тремя и т. д. эталонными гирями. Можно, выбрав определенную пружину, отметить, при каких растяжениях она действует с силой, равной двойной, тройной и т. д. эталонной силе. Проградуированную таким образом пружину называют динамометром (рис. 58).

Рис. 58. Градуировка динамометра

Можно также получить определенную часть эталонной силы, растягивая пружину гирей, составляющей соответственную часть эталонной гири. Изготовим, например, сто таких одинаковых гирек, чтобы все они вместе растянули пружину как раз так же, как эталонная гиря; каждая из гирек в отдельности растянет пружину так же, как и любая другая из них. Поэтому мы считаем, что пружина, растянутая одной маленькой гирькой, действует с силой, равной 1/100 эталонной силы; пружина, растянутая двумя гирьками, действует с силой, равной 2/100 эталонной силы, и т. д. Измеряя растяжения пружины динамометра при действии таких гирек, можно нанести на его шкале и дробные части эталонной силы.

При разметке шкалы динамометра обнаруживается, что двойной силе соответствует двойное растяжение пружины, тройной силе — тройное и т. д., т. е. растяжение пружины и упругая сила, с которой действует динамометр, оказываются пропорциональными друг другу. Это позволяет простым образом размечать шкалы динамометров. Отметив нуль шкалы (отсутствие груза) и, например, растяжение, соответствующее 10 эталонным гирям, мы можем разделить получившееся на шкале расстояние на 10 равных частей: перемещение конца пружины на одну такую отметку будет означать изменение силы, с которой действует динамометр, на одну эталонную силу.

Следует иметь в виду, что эта пропорциональность сохраняется только для достаточно малых деформаций; кроме того, она всегда нарушается при неупругой деформации, т. е. если деформация не исчезает после исчезновения силы.

На рис. 59 изображен один из распространенных типов динамометров с цилиндрической пружиной. Таким динамометром можно измерять силу, с которой мы тянем тело. На рис. 60 изображен динамометр другой конструкции, имеющий пружинные скобы, концы которых жестко соединены между собой. При помощи такого динамометра можно измерять как тянущую, так и толкающую силу.

Рис. 59. Динамометр: слева — внешний вид, справа — внутреннее устройство

Рис. 60. Динамометр, действующий и на сжатие, и на растяжение

Располагая динамометрами, мы можем измерять силы, действующие со стороны одних тел на другие как при непосредственном соприкосновении, так и «на расстоянии». Как измерять силу притяжения тела Землей, мы уже видели: для этого достаточно подвесить тело к динамометру.

Рис. 61. Измерение силы взаимодействия магнитов при помощи динамометра

Силу, с которой магнит I действует на магнит II, если приблизить на некоторое расстояние южный полюс (5) магнита I к северному полюсу (N) магнита II (рис. 61), можно определить следующим образом. Прикрепив к тележке II динамометр, закрепленный неподвижно другим концом, приблизим к ней тележку I, мы увидим, что тележка II в свою очередь немного приблизится к тележке I, растягивая пружину динамометра, после чего тележка II остановится. А это будет значить, что искомая сила, с которой магнит I действует на магнит II, равна силе, с которой динамометр действует на тележку. Но эту последнюю силу мы можем прямо определить по показаниям динамометра.

Рис. 62. Динамометр показывает силу, с которой рука тянет за веревку

Для измерения силы, действующей со стороны одного тела на другое при непосредственном соприкосновении, динамометр можно использовать несколько иначе. Например, для измерения силы, с которой человек тянет санки, достаточно вставить между рукой и веревкой динамометр (рис. 62). Его показания и дадут нам силу, с которой рука тянет за веревку. Направление силы совпадет с осью пружины динамометра.

Мы уже говорили, что разные силы вызывают различные ускорения данного тела. Пользуясь динамометрами, мы можем установить важнейшее свойство сил: чем больше сила (например, чем сильнее растянут динамометр, прикрепленный к телу, на которое он действует), тем больше ускорение тела. Количественные соотношения между силами и ускорениями мы выясним в § 42.