Sie können Ihre eigene Waage mit einem Gummiband und einem Lineal erstellen


Wusstest du Sie können eine unbekannte Masse mit einem Gummiband messen? Sie können so ziemlich.

Das erste, was Sie bei jedem Projekt tun sollten, ist zu spielen. Also, hol dir eine Gummiband und spiele damit. Was passiert, wenn Sie es dehnen? Vielleicht können Sie das Gefühl haben, dass es eine größere Kraft erfordert, je weiter Sie es ziehen. Oder versuchen Sie das: Halten Sie das Gummiband an einem Ende und hängen Sie eine Masse am anderen Ende auf. Beachten Sie, wie weit es sich erstreckt. Was ist, wenn Sie das Gummiband mit einer schwereren Masse belasten? Es erstreckt sich weiter. Hier ist unser Plan: Sehen Sie, ob es eine mathematische Beziehung zwischen der Streckendistanz und der Streckkraft gibt.

Nun, da Sie mit dem Gummiband gespielt haben, ist es Zeit, Daten zu sammeln. Ich beginne mit einem sehr einfachen Gummibandmessgerät, das ich gebaut habe. So sieht es aus.

Rhett Allain

Mein ursprünglicher Plan war es, das untere Lineal so auszurichten, dass ein Teil der Büroklammer unten mit der "Null" dieses Lineals übereinstimmt. Das hat nicht funktioniert und ich war zu faul um es zu reparieren. Eigentlich finde ich es besser so. Jetzt kann ich einfach einige bekannte Massen an das Ende des Gummibandes hängen und die Position der Büroklammer messen.

Hier sind die Daten, die ich mit verschiedenen bekannten Massen bekomme.

Ja, technisch sollte ich die Masse auf die horizontale Achse setzen, da dies die unabhängige Variable ist. Ich werde das aber nicht tun. Das Aufsetzen der Masse auf die vertikale Achse wird den nächsten Schritt erleichtern.

Die erste wichtige Sache bei der Erstellung eines Diagramms ist, dass ich sehen kann, dass die Masse und die Dehnung der Gummibänder eine lineare Beziehung haben. Das ist wichtig. Es besagt, dass ich eine lineare Funktion erstellen kann, um die Daten anzupassen.

Als Nächstes erhalten Sie tatsächlich eine Gleichung, die zu diesen Daten passt. Die lineare Anpassung für diese Grafik ergibt die folgende Gleichung.

Das ist es. Jetzt kann ich diese Kombination aus Gummi-Band und Lineal verwenden, um unbekannte Massen zu finden. Alles was ich tun muss ist, die Masse an das Gummiband zu hängen und die Dehnungsentfernung (in Zentimeter) aufzuzeichnen. Sobald ich diesen Wert habe, gebe ich ihn als "x" in die obige Gleichung ein, um die Masse in Gramm zu berechnen. Boom – ich habe gerade Maßstäbe gemacht. Aus einem Gummiband. Oh, und ein Lineal.

Hausaufgaben

Nun zu den Hausaufgaben.

  • Machen Sie eine davon selbst. Sie können sicherlich ein Gummiband und ein Lineal finden (und vielleicht ein paar Büroklammern und eine Schnur). Das Einzige, was Sie vielleicht nicht haben, sind bekannte Massen. Wenn Sie eine Substitution vornehmen müssen, können Sie einen anderen Standard verwenden. Was ist mit einem Haufen Sechskantmuttern der gleichen Größe? Dies ist ungefähr die gleiche Masse, so dass Sie Ihre Gummibandwaage in Gramm anstelle von Gramm kalibrieren können.
  • Das Gummiband ist keine Feder. Wenn Sie es dehnen, wärmt sich das Gummiband auf. Wenn Sie es gestreckt halten, kühlt es wieder auf Raumtemperatur ab. Ein warmes Gummiband verhält sich anders als ein cooles Gummiband. Wie groß ist die Temperatur auf Ihrer Gummibandwaage?
  • Angenommen, Sie möchten etwas messen, das viel massiver ist als das Material, das Sie für Ihr Gummiband verwendet haben. Wie könnten Sie zwei Gummibänder verwenden, um den Massenbereich Ihrer Waage zu vergrößern?
  • Ersetzen Sie Ihr Lineal durch eine neue Skala, die nicht in Zentimetern, sondern in Gramm gemessen wird. Jetzt können Sie die Masse ohne Berechnungen direkt messen.
  • Wählen Sie eine Masse aus, die das Gummiband in angemessener Höhe dehnt. Prüfen Sie, ob Sie Ihre Waage in einen vertikalen Beschleunigungssensor umwandeln können. Möglicherweise müssen Sie eine neue Skala erstellen, die in Quadratmetern pro Sekunde (die Einheiten für die Beschleunigung) abgelesen wird. Nehmen Sie Ihren neuen Beschleunigungssensor in einen schönen Aufzug. Schätzen Sie die Beschleunigung basierend auf der Fahrzeit und der Entfernung zwischen den Etagen. Verwenden Sie jetzt Ihren neuen Gummiband-Beschleunigungssensor, um einen separaten Wert für die Beschleunigung zu erhalten. Sind die beiden Werte nahe?

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