Что измеряет динамометр?

Что же это за машина, что способна измерить силу?

Его относят к приборам, измеряющим силы или силовые моменты. Промышленные предприятия, на которых требуются силовые измерения, применяют подобные приспособления. Часто они необходимы для того, чтобы осуществить плановые поверки стендов, а также агрегатов, которые предназначены для различных испытаний. Используют их и при поверках силовых приборов, когда требуется определить силы 1 или 3 разрядов. Широко применяются данные приборы и в качестве эталонных средств по ГОСТу 8.065 и в тех работах, где нужно производить калибровку.

Первым прибором, который помогал измерить силы, были весы. Впервые их изображение появилось в печати в семнадцатом веке. В следующем столетии Сальтером было предложено для подобных целей устройство с пружиной, при помощи груза она растягивалась. Был прибор с циферблатом, там измерение выполнялось замкнутой кольцеобразной пружиной. Уже позже появились нажимы Прони и динамометры Томсона, Броуна, Межи и Геффнер-Альтенека. Последние модели усовершенствовали, и на сегодняшний день представилась возможность использовать их во многих отраслях.

Основные элементы, которые включают динамометры растяжения: силовое звено (упругий элемент) и отсчетное устройство. В силовом звене идет непосредственно измерение усилий: там происходит деформация или небольшие колебания. С их помощью и передаются сигналы на отсчетное устройство. Такими инструментами измеряются усилия в таких единицах измерения, как Ньютоны и килограмм-сила.

Итак, что измеряют динамометром, мы разобрались, теперь посмотрим, как подразделяются данные приборы по принципу действия. Они бывают механическими, которые классифицируют на пружинные и рычажные, гидравлическими и электрическими

.Кроме таких прикладных задач, бывают и специфические разновидности силового прибора, например, тормозные и трансмиссионные. Теперь остановимся на каждом подробнее.

Сила и единицы ее измерения

В физике то усилие, с которым одно тело действует на другое, называется силой. Она является не скалярной, а векторной величиной. Ее принято обозначать латинской буквой F, а что касается ее единицы, то используется буква H в честь знаменитейшего английского физика Исаака Ньютона.

Кроме того, на практике широко распространено использование дольных единиц силы, таких, как:

• Микроньютон 1 мкН = 0.000001 Н
• Миллиньютон 1 мН = 0.001 Н
• Килоньютон 1 кН = 1000 Н
• Меганьютон 1 МН = 1000000 Н

Под одним ньютоном (1 Н) понимается сила, при воздействии которой на тело массой 1 кг скорость его движения изменяется ежесекундно на 1 м/с.

Эксперименты показывают, что та сила тяжести, которая действует на тело, имеющее массу 102 грамма и расположенное вблизи поверхности Земли, равняется 1Н.

Принцип работы динамометра

Работа динамометра основывается на законе физике, согласно которому деформация, возникающая в пружине или ином упругом теле, прямо пропорциональна приложенному к телу усилию (напряжению). Данный закон носит имя Гука – английского учёного, жившего в 17 веке.

Закон Гука говорит о том, что в ответ на деформацию какого-либо тела появляется сила, стремящаяся вернуть начальную форму и исходный размер данного тела. Она называется силой упругости.

Простейший динамометр представляет собой совокупность двух устройств – силового и отсчетного!

Усилие, которое прикладывается к прибору, является деформацией его силового звена. Посредством электрического сигнала (либо механического) деформация передается на отсчётное звено, которое может быть цифровым либо аналоговым.

Единицей измерения прибора является ньютон (Н) – международная единица измерения силы.

Если весы показывают массу тела человека, то по показаниям динамометра можно судить о силе, которую человек прикладывает, деформируя приборную пружину.

Современный прибор для динамометрии — это контрольно-измерительное устройство, которое широко используют в медицине для замера у людей силы растяжения или сжатия, измеряемой в ньютонах, а также момента силы в килограмм-силах.

Конструкция устройства позволяет человеку совершенно самостоятельно измерить свою мышечную силу!

Виды динамометров

Из изученной темы на сегодняшнем уроке мы с вами узнали, что такое динамометр и что он применяются для измерения силы либо момента силы.

Такой прибор, как динамометр имеет упругий элемент, который состоит из силового звена и отсчетного устройства. Во время измерения измеряемое усиление в силовом звене динамометра влечет за собой деформацию, которая с помощью передачи либо же непосредственно несет информацию отсчетному устройству.

При помощи динамометра можно измерить различные усилия, начиная от долей ньютонов и до 1 Мн (100 тс).

А теперь давайте более подробно остановимся и узнаем, какие бывают виды динамометров и где они применяются.

По своему принципу действия динамометры делятся на:

• электронные;
• механические;
• гидравлические.

Механические динамометры в свою очередь бывают пружинные и рычажные.

Механический динамометр

Самым известным, простым и часто используемым является механический динамометр. Также мы с вами уже знаем, что такой динамометры делятся на пружинный и рычажный.

К пружинному динамометру относят такой прибор, в котором происходит воздействие силы на пружину. Пружина в этом случае имеет свойство растягиваться или сжиматься. Если быть более точным, то можно сказать, что в этом случае принцип работы можно определить с помощью закона Гука. Примером механического динамометра может служить известный каждому безмен.

В отличие от пружинного динамометра, рычажный имеет еще меньшую точность и сильно зависит от таких внешних условий, как температура.

Гидравлический динамометр

Но не во всех случаях удобно использовать механические динамометры. Вот, например, при взаимоотношении с жидкостями лучше будет использовать гидравлические динамометры, так как в этом случае причина кроется в возникновении давления, выталкивающего жидкость из сосуда, где фиксируется с помощью специального аппарата количество поступающей жидкости.

У гидравлического динамометра также имеются свои недостатки. Этот аппарат имеет довольно таки сложную конструкцию, обладает невысокой точностью и также подвергается внешним воздействиям окружающей среды.

Электрический динамометр

В отличие от механических динамометров, которые имеют довольно таки простую конструкцию, электрический динамометр появился не так давно и существует всего насколько десятилетий. Его основными элементами являются датчики, с помощью которых происходит анализ данных показаний деформации под действием силы с помощью преобразования данных в электрический сигнал, обработки сигнала и его записи в память прибора.

В наше время этот вид динамометра является самым популярным и часто употребляемым. Преимуществом этого прибора является его небольшой размер и небольшая зависимость от изменений внешних воздействий.

Но кроме уже перечисленных видов динамометров существуют и другие их классификации, которые применяются по назначению. К этим видам приборов можно отнести и такой важный прибор, как медицинский динамометр.

С помощью кистевого динамометра можно определить состояние человеческих мышц и узнать о физической форме человека. Такой аппарат просто необходим при реабилитации человека после травмы и чтобы, осуществлять контроль над восстановительными процессами.

И хотя различные динамометры имеют свои плюсы и минусы, но каждый из них находит свое применение. Ведь, если механический динамометр на производстве и не совсем удобен, то для использования в быту он незаменим, благодаря своей простоте и наглядности. Но, конечно же, самым употребляемым все же, остается электрический динамометр, хотя и имеет довольно таки сложную конструкцию.

Утонченная талия, которая привлекает мужчин

Как известно, многие мужчины любят стройных девушек, которые могут похвастаться утонченной талией.

Таблица, приведенная ниже, поможет выяснить, стали ли вы счастливой обладательницей осиной талии.

Динамометрия — это измерение силы мышц. Напряжение, развиваемое той или иной группой мышц, является функциональной характеристикой двигательного анализатора и рассматривается как показатель общего фи­зического развития. При исследовании силы мышечного напряжения вы­деляют показатели силы рук, ног, пальцев и становой силы (т. е. силы мышц, разгибающих туловище в тазобедренных суставах) и т. д. В психофизиоло­гии чаще всего применяется измерение силы кисти и становой силы. Ис­следование выносливости при статических мышечных напряжениях пред­ставляет особый интерес в связи с тем, что присутствует во всякой мышечной деятельности и занимает в ней довольно большое место. Для оценки стати­ческой мышечной выносливости используется специальный вариант дина­мометрической методики. В процессе измерения силы мышечного напря­жения рассчитывают коэффициент асимметрии (КА). В общей форме его величину определяют по следующей формуле: Где Vn— Показатель правой руки, кг;Vn — показатель левой руки, кг. В практике метод определения мышечной силы кисти применяют как тест для установления уровня общего физического развития человека. С этой целью производят замеры мышечной силы обеих рук до и после работы. Сопоставление соотношения мышечной силы правой и левой рук до и после рабочей нагрузки свидетельствует об изменении вовлеченно­сти билатерального регулирования в организме человека под воздействи­ем нагрузки. ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПСИХОМОТОРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ Среднестатистические показатели силы (в килограммах) кистей рук и становой силы для студенческой возрастной группы приведены в табл. 2.16. Таблица2.16. Среднестатистические показатели силы кистей рук и становой силы для студенческой возрастной группы, кг Для измерения мышечной силы рук и становой силы используется руч­ной пружинный динамометр Колена и становой динамометр. При замерах необходимо соблюдение ряда условий и прежде всего постоянство позы испытуемого. При измерении силы кисти испытуемый сидит на стуле; рука, для которой производят измерения, вытянута вперед, согнута в локтевом суставе; свободная рука на колене. Инструкция. Сожмите рукой пружину динамометра как можно сильнее. Замеры повторяют по 3 раза для правой и левой руки, как до, так и после нагрузки. После этого измеряют становую силу также до и после нагрузки. Инструкция. Встаньте на нижние бранши динамометра. При помо­щи цепочки подгоните динамометр по себе, т. е. таким образом, чтобы из­меряющая часть прибора находилась на уровне ваших коленных чашечек. Взявшись обеими руками за верхние бранши, потяните их вверх как можно сильнее, разгибая при этом туловище. Затем испытуемый выполняет 20 приседаний, после чего эксперимента­тор по 3 раза производит замеры силы каждой руки, становую силу измеря­ет однократно. Обработка результатов состоит в следующем: 1) вычислить средние значения (М) силы правой и левой рук; 2) вычислить коэффициент асимметрии (КА) для силы рук по формуле: Анализируя полученные данные, сравнить их со среднестатистически­ми значениями. В табл. 2.17-2.19 представлены возрастные стандарты показателей мы­шечной силы, опубликованные разными авторами. Таблица2.17. Сила рук подростков 14-17 лет МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ПСИХОМОТОРИКИ ПРИ КОМПЛЕКСНОМ ИССЛЕДОВАНИИ ЧЕЛОВЕКА 38 и более 59 и более Примечание. Данные получены Н. А. Грищенко. Таблица2.18. Динамометрия правой руки (в килограммах), средние показатели Аст, Лет Примечание. Данные представлены Рудиком. Таблица2.19. Возрастные изменения ручной силы у мужчин и женщин Возраст,Лет Количество Сила правой Сила левой Количество Сила правой Сила левой Испытуемых Руки Руки Испытуемых ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПСИХОМОТОРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ Окончание табл. 2.19 Возраст,Лет Количество Сила правой Сила левой Количество Сила правой Сила левой Испытуемых Испытуемых 51 и старше Примечание. Данные представлены Е. П. Ильиным.
Рост (см)	Окружность талии (см)
148-150	55
151-152	56
153-154	57
155-156	58
157-158	59
159-160	60
161-162	61
163-164	62
165-166	63
167-168	64
169-170	65
171-172	66
173-174	67
175-176	68
177-178	69
179-180	70
181-182	71
183-184	72
185-186	73
187-188	74
189-190	75

Опять- таки, мы говорим о среднестатистиче ских показателях, основанных на социальных опросах. Есть мужчины, которые не в восторге от утонченных форм, а наоборот, любят дам с пышными формами.

Возрастные показатели и норма динамометрии

Динамометрия кисти (норма у взрослых зависит от возраста человека, который проходит исследование) изменяется по мере старения организма. В связи с этим установлены оптимальные показатели для детей и взрослых людей, которые относятся к разным возрастным категориям. При этом норма динамометрии для мужчин и женщин также является не одинаковой.

Для женщин

Женщины, которые проходят процедуру динамометрии, выполняют тестирование изометрической силы кисти левой, а затем правой руки. Показателем нормы является результат от 25 до 33 кг. В среднем сила сжатия левой руки на 5-10 кг меньше. Это в том случае, если женщина правша. Показатели динамометрии тесно связаны с общей и мышечной массой женского тела.

В целом же считается, что оптимальными результатами динамометрических измерений является наличие результата, который равен 45-50% от веса женщины. Если испытуемая весит около 90-100 кг, то в данном случае норма динамометрии будет составлять 40-50 кг. Данные показатели нормы относятся ко всем женщинам, возраст которых не больше 65 лет.

Для девочек нормальные показатели динамометрии предусматривают получение следующего результата, который соответствует возрасту испытуемой:

• в период 8-11 лет — изометрическая сила кисти должна находиться в пределах от 9,8 до 17,1 кг;
• в возрасте от 12 до 15 лет — норма динамометрических показателей равна от 19,9 до 28,3 кг;
• для девушек возрастной категории от 16 до 19 лет — физическое развитие мускулатуры кисти должно соответствовать результату от 31,3 до 33,8 кг.

Измерение динамометрических показателей проводится в педиатрии для осуществления эффективного контроля над развитием опорно-двигательного аппарата девочек. Особенно, если изначально ребенок имеет заболевания мышечной системы, либо же получил родовую травму.

Для мужчин

Динамометрия кисти (норма у взрослых определяется в индивидуальном порядке) у мужчин, которые не имеют сопутствующих заболеваний, должна находиться в пределах от 35 до 50 кг. Разница между показателями правой и левой руки также составляет от 5 до 10 кг. При этом следует учитывать тот факт, что испытуемые мужчины могут иметь разный вес, соотношение мышечной и жировой ткани.

В целом же считается, что нормой средних показателей динамометрии, является результат от 60 до 70% от общей массы тела. В данном случае, если вес испытуемого превышает 100-120 кг, то расчет изометрической силы кисти проводится в индивидуальном порядке с учетом полученных результатов и антропометрических данных мужчины.

Для мальчиков установлены следующие нормативы динамометрического исследования кисти:

• возраст 8-11 лет — изометрическая сила сжатия кисти находится на уровне от 13 до 18,5 кг;
• возрастная категория от 12 до 15 лет — норма физической силы верхней конечности равна показателям от 21,6 до 37,6 кг;
• парни возрастом от 16 до 19 лет — должны сжимать кистевой динамометр с результатом от 45,9 до 51 кг.

В случае получения более низких динамометрических показателей, которые не соответствуют стандартам нормы, обращается внимание на общий уровень физического развития ребенка. Рассматриваются варианты возможного наличия сопутствующих заболеваний опорно-двигательного аппарата, мышечной системы, органов эндокринной системы

Принцип действия динамометра

Самыми простыми по конструкции и принципу работы считаются механические модели. В пружинных модификациях на упругую деталь воздействует сила, подлежащая измерению. Она вызывает деформационные изменения – растяжение или сжатие. Это приводит в действие прикрепленную к пружине стрелку, которая смещается по шкале, фиксируя величину приложенного усилия. Похожий принцип работы имеют рычажный и гидравлический динамометры.

В последнем роль деформируемого элемента и по совместительству регистрирующего приспособления играет жидкость, выталкиваемая приложенным усилием. В рычажных моделях подвижная деталь под внешним давлением изменяет положение. Рычаг смещает прикрепленную к нему стрелку на определенное количество делений шкалы. Благодаря точности и универсальности большое распространение получили тензорезисторные устройства.

Такие приборы способны регистрировать динамические и статические нагрузки. В его конструкцию входит измерительный элемент повышенной упругости и несколько тензорезисторных решеток. Приложенное усилие вызывает деформационные изменения, которые приводят к разбалансировке токов моста сопротивления. В результате генерируется электрический импульс, улавливаемый специальным датчик и отображаемый на дисплее цифровым значением.

Индукционные модели, предназначенные для испытаний силовых агрегатов мощностью до 966 л.с., отличаются принципиально иным механизмом действия и малой инерционностью. В конструкции подобных устройств имеется полированный металлический диск, находящийся под влиянием электромагнитных сил. Он оборачивается с установленным скоростным показателем, генерируя токовые завихрения, величину которых регистрирует тензорный датчик.

Динамометр служит для измерения показателей статической нагрузки. Для этого используют приборы с пьезоэлектрическим принципом работы. Конструктивное строение подобных устройств включает в себя специальную пластину.

Ее основу составляет кварц с бездефектными участками. Минерал обладает прямым либо обратным пьезоэффектом. Заряд формируется при механическом воздействии на кварцевую пластину. Тип электрической реакции определяется положением разреза по отношению к осевым линиям кристаллов. Специальный преобразователь трансформирует заряд в напряжение. Приборы этого класса применяют для оценки мощности ударного воздействия.

Для замера давления при шлифовке, фрезеровке и других видах металлообработки применяют контрольные инструменты с проволочным индикатором. В их конструкцию входит квадратная пластина из прочного и упругого сплава. Она крепится к внутренней поверхности корпуса пружинными звеньями, изготовленными из специальной марки стали. Прибор позволяет замерять горизонтальное и радиальное усилие с высокой точностью.

Оказываемое на пластину давление фиксирует считывающий блок, который выводит его на дисплей. Датчик точно улавливает характер колебаний детали на упругих крепежных элементах и преобразует их в цифровые значения.

Классификация

Мы изучили в целом, что такое динамометр в зависимости от назначения? Он может быть образцовым и медицинским.

Первые является эталонными приборами, основное предназначение которых заключается в измерении сил сжатия и растяжения статического характера во время ремонта и проверки рабочих стендов, а также испытательных машин. По своей конструкции эти динамометры состоят из тензодатчика силы, который сопряжен с цифровым измерителем.

Зачастую образцовые аппараты очень мало зависят от температуры и влажности окружающей среды, укомплектованы средствами самодиагностики и автоматической компенсацией искажения от воздействия с боков. Приборы долговечны, с малыми габаритами и отличаются высокой точностью. Образцовые динамометры имеют цифровые индикаторы. У них очень удобный для пользователей интерфейс и есть возможность подсоединиться к персональному компьютеру.

Особое внимание уделим медицинским динамометрам. Благодаря им можно определить показатели силы, выносливости, уровня работоспособности человека

Эти аппараты дают отличную возможность диагностировать состояние мышечной системы пациентов и отслеживать их восстановление после различных травм.

Для чего нужно знать силовые показатели?

На силу мускулов человека влияют его пол и возраст, вес тела и уровень усталости. Во многом зависит показатель силы от времени суток и типа мышечной тренировки.

Замечено, что в средине дня фиксируется, как правило, максимальное значение данного показателя. А утром и вечером – минимальное.

В то же время нормальная мышечная сила конкретного человека может быть ослаблена в связи с тем, что:

• Он болеет каким-либо заболеванием или испытывает временное недомогание.
• Человек находятся в состоянии депрессии или стресса.
• По ряду причин сбился привычный для его организма режим питания и распорядок дня.

Зачастую данные показатели понижены у лиц пожилого возраста и у людей, не поддерживающих себя в должной физической форме.

Врачи назначают пациентам измерение мускульной силы на динамометре для контроля физического развития как детей и подростков, так и взрослых людей.

При проведении замеров необходимо следить, чтобы в начальном положении стрелка прибора стояла на нулевой отметке!

После замера показания обязательно записываются. Это поможет медикам в дальнейшем оценить изменение состояния здоровья человека за определенный промежуток времени.

Тем, у кого показатели мышечной силы невысоки, врачи рекомендуют занятия приемлемым видом спорта. Ведь физические упражнения делаются не только для наращивания бицепсов. Прежде всего, они укрепляют иммунитет организма, повышают его работоспособность.

Что можно измерить динамометром

При создании и использовании механических конструкций очень часто есть необходимость измерять усилия, которые воздействуют на какие-то отдельные элементы данной конструкции.

Это может понадобиться при испытательном тестировании, монтаже, или во время дальнейшей эксплуатации. Именно для таких измерений и создан динамометр.

Давайте рассмотрим что измеряют динамометром подробнее.

Динамометр – это прибор, который служит для измерения силы, либо ее момента.

Его составляющими являются отсчетное устройство и силовое звено.

Принцип работы данного устройства заключается в следующем: усилие, которое изменяется в силовом звене, вызывает деформацию, а она сообщается отсчетному устройству.

Благодаря таким динамометрам можно измерять усилия от маленьких долей ньютона до 20 мН.

Если говорить о типах динамометров, то по принципу действия их разделяют на три группы:

• механические (рычажные или пружинные);
• электронные;
• гидравлические.

Также существуют приборы, в которых используются сразу два принципа. Рассмотрим каждую группу отдельно.

Механические динамометры

Как уже упоминалось, есть два типа механических динамометров.

В пружинном динамометре момент силы или сила направлены на пружину, которая в свою очередь либо растягивается, либо сжимается – это зависит от направления силы. Между величиной упругой деформации пружины и силой воздействия на нее существует пропорциональная связь, поэтому она регистрируется.

Принцип работы рычажного динамометра такой же, только деформируется не пружина, а рычаг.

Гидравлические динамометры

Действие такого типа прибора очень просто: под давлением жидкость из цилиндра вымещается по трубке к аппарату, что фиксирует показания, которые потом регистрируются.

Электронные динамометры

Главным элементом динамометра такого типа является датчик, преобразующий деформацию, возникающую после воздействия силы, в сигнал электричества.

Этот сигнал передается дополнительному датчику, который, в свою очередь, усиливает его и записывает.

Концевые захваты таких устройств могут быть выполнены в различных модификациях.

Это зависит от условий, где они будут применяться и никак не влияет на точность прибора. Электронные динамометры делятся на 4 класса точности. Они определяются рабочим диапазоном и ценой деления шкалы в отчетном устройстве.

Покупайте качественный товар, и вы никогда не прогадаете! Удачи!