Исследовательская работа №ВЕСЫ; Образовательная социальная сеть

Работу писала ученица 8 класса , готовясь к конкурсу «История механизмов»

Скачать:

Предварительный просмотр:

Глава 1. История возникновения и совершенствования весов………. 5

Глава 2. Устройство и принцип действия весов …………………..……9

Глава 5. Весы моих предков и современников.…………………………17

Изумительный прибор как-то был изобретён,
Кем, когда — уже не важно, называется весы.
Может выяснить с тех пор всяк, кто глуп, и кто умён,
Сколько весит куль продажный, сколько — капелька росы.
Это, в общем-то, легко, надо только метод знать:
Вот рычаг, а вот две чаши и в придачу разновес.
Придержав рычаг рукой, колебание унять…
Если пусто в чашах ваших, будет простеньким процесс.

Если что-то в них вложить, или всыпать что-нибудь,
То теперь уже придётся с гирьками поколдовать.
Не то, чтоб поворожить — угадать решенья путь,
Правильный ответ зачтётся — где добавить, где отнять.

Эти стихи Галина Брусницина посвятила весам, которые с развитием научно технического прогрессии все больше вытесняются из нашей жизни электроникой. Этот прибор современные дети могут увидеть и применять лишь только в школе на уроках химии и физики при выполнении лабораторных работ. А ведь для наших далеких предков изобретение весов было настоящим открытием, особенно значимым для людей, занимающихся торговлей. Поэтому я решила подробно изучит материал о весах.

Цель работы : проследить историю возникновения и совершенствования весов.

— найти и изучить научно популярную литературу, информацию с электронных носителей по весам;

— проследить и описать в хронологическом порядке историю возникновения и совершенствования весов;

— изучить виды, механизм и принцип действия весов;

— используя рассказы бабушек, описать виды весов, которые применяли в нашей местности.

Методы, использованные при написании работы:

— поиск и анализ литературы с бумажных и электронных носителей;

— беседы с местным населением, посещение музея;

— создание мультимедийной презентации для защиты работы.

Глава 1. История возникновения и совершенствования весов

Весы — один из древнейших приборов, изобретенных человеком. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки.

Первые найденные археологами образцы весов относятся к V тысячелетию до н. э., применялись они в Месопотамии. Согласно древнеегипетской «Книге мертвых», Анубис (проводник в мир умерших), на входе в подземное царство взвешивает сердце всякого умершего на особых весах, где в качестве гири выступает богиня правосудия Маат . Простейшие весы в виде равноплечного коромысла с подвешенными чашками широко использовались в Древнем Вавилоне (2,5 тыс. лет до н. э.) и Египте (2 тыс. лет до н. э.).

Изображение равноплечих ручных весов высечено в некрополе Саккары в одной из комнат пирамиды Меру, построенной между 2680-2540 годами до нашей эры.

В самых ранних весах коромысло подвешивалось в центре на веревке, прикрепленной к неподвижной опоре. Веревку либо накручивали на коромысло, либо пропускали через просверленное в нем отверстие. Помимо этого, веревку привязывали и к прикрепленному к коромыслу металлическому кольцу. Согласно археологическим находкам, около 1500 года до и.э. в древнеегипетских весах появляются важные усовершенствования: отвес, укрепленный на кронштейне, скрепленном с опорой, и указатель, установленный в центре коромысла. Чашки весов жители Древнего Мира делали в форме плоских тарелок и подвешивали их к концам коромысла на нитях. Самая маленькая гиря, найденная в результате раскопок, весит всего несколько граммов. Это говорит о том, что чувствительность весов древних египтян и точность, с которой они производили взвешивание, была приблизительно такой же, а может быть и лучше, чем в наши дни. Кстати, жители Древнего Мира придавали гирям всевозможные формы животных.

На смену равноплечим весам пришли неравноплечие весы с передвижной гирей — безмен.

Один из древнеримских безменов, найденный при раскопках в Помпее, хранится ныне в Эрмитаже. Короткий конец этого безмена имеет отверстие, в которое вдет крюк для подвеса чашки с грузом. У безмена две серьги подвеса и соответственно две шкалы на длинном конце рычага. Подвижная гиря выполнена в виде бюста мальчика. Шкалы снабжены зарубками для более точной установки гири. Весы сделаны так, что вторая шкала несколько перекрывает первую и служит ее продолжением. Чувствительность этого безмена около 9 граммов.
Безмен более 2 тысяч лет назад был известнен в Индии (изображение безмена есть на индийских монетах династии Маурия, относящихся к IV — III векам до н. э.), да и китайцы примерно в это же время широко применяли безмен. Китайский безмен имел две-три серьги подвеса, расположенные на разном расстоянии от крюка, к которому подвешивался груз, и несколько шкал. Поднимая безмен за ту или другую серьгу, можно было взвешивать предметы разной тяжести приблизительно с одинаковой точностью.

Когда Римская империя распространила свое влияние на Запад, римские весы проникли в европейские страны. В 996 году князь Владимир повелел ввести единые меры веса, а в Указе князя Всеволода (XII век) впервые была упомянута ежегодная поверка весов.

В 1723 году Петр I издает Указ о том, чтобы муку, крупу, солод и толокно продавать на вес, а не на меру, и в «заорленные весы», то есть поверенные и клейменные, » а ежели у кого явится фальшивая мера и весы, оный будет жестоко оштрафован».

В 1841 году по инициативе министра финансов России на территории Петропавловской крепости построили «особое несгораемое здание» — Депо образцовых мер и весов. Туда торговцы обязаны были приносить на поверку свои измерительные приборы. Впоследствии по инициативе Д.И. Менделеева в России была организована Главная палата мер и весов. А в 1918 году СНК РСФСР издает декрет «О введении международной метрической системы мер и весов», согласно которому за основу единицы веса был принят килограмм.

Кстати, в Древней Руси существовали такие меры веса, как камень, зерно, пуз и т.д. С 1747 года и до введения метрической системы единицей массы в России служил фунт.

В 1795 году во Франции была введена метрическая система. В 1875 году Россия подписала метрическую конвенцию, а в 1901 получила две копии международного прототипа килограмма №12 и 26.

В XVIII веке бурное развитие промышленности и торговли привело к созданию целого ряда оригинальных и высокоэффективных специальных типов весов, каждый из которых предназначался для какой-либо одной определенной цели (для взвешивания очень больших грузов, отвешивания определенных порций сыпучих тел и т.д.).

В XIX веке были созданы багажные железнодорожные весы — десятичные. Примерно в это же время появляются багажные и торговые весы с печатающим аппаратом.

В конце XIX — начале XX вв. с развитием поточного производства появились весы для непрерывного взвешивания (конвейерные, дозировочные и др). В различных отраслях сельского хозяйства, промышленности, на транспорте стали применять весы самых разнообразных конструкций для взвешивания конкретных видов продукции (в сельском хозяйстве, например, зерна, корнеплодов, яиц и т.д.; на транспорте — автомобилей, железнодорожных вагонов, самолётов; в промышленности — от мельчайших деталей и узлов в точном приборостроении до многотонных слитков в металлургии). Для научных исследований были разработаны конструкции точных весов — аналитических, микроаналитических, пробирных.

В начале XX века входят в практику платформенные весы различных видов: десятичные медицинские весы для взвешивания людей, платформенные весы большего размера с бортами для взвешивания живого скота. Для взвешивания нагруженных железнодорожных вагонов были разработаны платформенные весы грузоподъемностью в 40 и более тонн, а для определения веса еще более тяжелых объектов, например, самолетов в XX веке были разработаны весы, основанные на использовании различных упругих элементов.

На сегодняшний день существует множество самых разнообразных весов: бытовых, торговых, промышленных, исследовательских, ювелирных, вагонных и т. д. Одни предназначены для взвешивания тяжёлых объектов, как, например, вагонные (имеющие погрешность 50-150 килограммов), другие, исследовательские, обладают фантастической точностью.

Глава 2. Устройство и принцип действия весов

§ 1. Классификация по принципу действия

По тому, на каких физических законах основано взвешивание, весы можно разделить на рычажные (основаны на принципе рычага ), пружинные (основаны на законе Гука , например, ручные пружинные весы ), электротензометрические (основаны на изменении электрического сопротивления , применяются для больших грузов, например, вагонов), гидростатические (основаны на действии архимедовой силы , применяются для измерения плотностей тел), гидравлические [5] .

§2. Принцип действия рычажных весов

Весы, эквилибр и компаратор

В равноплечных рычажных весах точки подвеса грузов (m1 и m2) и точка опоры образуют равнобедренный треугольник ( коромысло ) с высотой h и вершиной в точке опоры. При повороте равнобедренного треугольника (коромысла) на угол α одно плечо увеличивается, а другое уменьшается. Поворот коромысла останавливается при равенстве крутящих моментов: m1*l1=m2*l2, m1/m2=l2/l1, где l1 и l2 — плечи крутящих моментов. Угол поворота коромысла можно отградуировать в единицах массы ( количество ). Чем меньше высота треугольника — h, тем меньше изменение плеч при повороте и больше чувствительность весов. Такое устройство соответствует состоянию устойчивого равновесия .

При нулевой высоте треугольника h=0 (как это иногда рисуют в некоторых статьях) коромысло из треугольника превращается в прямую линию. При повороте прямого коромысла длина плеч изменяется одинаково, соотношение l1/l2 не изменяется и равновесие не устанавливается. Такое устройство соответствует состоянию безразличного равновесия . При взвешивании на эквилибре положения устойчивого равновесия нет и равновесие определяют по безразличному положению коромысла при ручном отклонении влево и вправо.

Если точка опоры находится ниже точек подвеса, то такое устройство работает как компаратор или триггер , т.е. определяет только какая из двух масс больше, а какая меньше ( качество ). Такое устройство соответствует состоянию неустойчивого равновесия .

2.2 Разноплечные весы

Одногиревые разноплечные весы 0-100 граммов

Условия равновесия совсем другие, чем на равноплечных весах.
Одногиревые разноплечные весы, приведённые на рисунке, уменьшают число гирь (разновесов) и вероятность их потери, т.е. имеют повышенную надёжность, но имеют сильно уменьшенный диапазон взвешиваемых грузов. Шкала весов нелинейна, сжата на краях диапазона весов и растянута в средней части диапазона весов.

Наибольший предел взвешивания (НПВ) — верхняя граница предела взвешивания, определяющая наибольшую массу, измеряемую при одноразовом взвешивании.

Наименьший предел взвешивания (НМПВ) — нижняя граница предела взвешивания, определяется минимальным грузом, при одноразовом взвешивании которого относительная погрешность взвешивания не должна превышать допустимого значения.

Цена деления d — разность значений массы, соответствующих двум соседним отметкам шкалы весов с аналоговым отсчетным устройством, или значение массы, соответствующее дискретности отсчета цифровых весов.

Цена поверочного деления e — условная величина, выраженная в единицах массы, используемая при классификации весов и нормировании требований к ним.

Число поверочных делений n — значение НПВ/e.

Предельно допустимая погрешность измерений определяется ценой поверочного деления e . Обычно производитель весов гарантирует следующее соотношение: d = e . Чем ниже погрешность, тем выше точность измерений.

Погрешность весов в диапазоне измерений по абсолютному значению не должна превышать пределов допускаемой погрешности, приведенных в таблице (ГОСТ 24104-2001):

Взрывозащита весов Ex. Для использования весов в среде огне- и взрывоопасных смесей, на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической, горнодобывающей, пищевой промышленностей весовое оборудование выполняется во взрывозащищенном исполнении. Наличие маркировки Ex с последующими цифровыми обозначениями подразумевает, что в весах или другом оборудовании, которое находится во взрывоопасной среде, не может образоваться искра, способная вызвать взрыв или возгорание этой смеси.

Глава 5. Разновес

Наборы гирь для определённых весов называются разновесом. В зависимости от максимальной и минимальной массы, взвешиваемой на весах, разновес может состоять из большего или меньшего числа элементов. С появлением гирь впервые возникла идея о стандартизации, которая, правда, получила своё полное развитие в других сферах лишь через тысячи лет! Необходимость в стандартизации гирь настолько была всем очевидна, что торговцы безропотно ей подчинились.
В то далёкое время в основе самой первой в истории системы весовых единиц — древневавилонской — лежал вес одного хлебного зерна — грана. Не кусочек золота, платины, серебра, а зерно, получаемое с таким трудом и являющееся главным продуктом до сих пор. Ну, и конечно, сыграло свою роль то обстоятельство, что зёрна самой природой были, как бы стандартизированы и имели почти одинаковые размеры и массу.
Позже появилась система гирь, изготовленная человеком. Меры длины и веса, а также формы и материал гирь различались в зависимости от местных особенностей. К примеру, в Месопотамии гири изготавливались из камня или бронзы в виде груши, утки или льва. Греки применяли квадратные или прямоугольные пластины, круглые, конусообразные, трех- или многогранные куски свинца или бронзы. Римляне использовали шары, кубики, круглые шайбы или призмы из бронзы, камня или свинца.

Вокруг гирь часто разгорались страсти, т. к. «порча» гирь, сулила торговцам дополнительную прибыль. И они этим занимались весьма часто. Слабые отзвуки волнений по поводу обмана покупателей доходят до нас в виде соответствующих записей в летописях, хрониках, других документах далёкого прошлого.
«Неверные весы – мерзость перед господом», — эта цитата из библии подчеркивает, какое значение издревле придавали верности измерений. Например, в Египте сделанный из черного гранита эталон «локтя» (525 мм) находился в храме под строжайшей охраной. Лишь жрецы могли прикасаться к нему. А строители и торговцы пользовались деревянными копиями эталона. Впрочем, их точности можно только позавидовать: так, отклонение в длине сторон основания пирамиды Хеопса составляет менее 0,05% (всего 115 мм на 233 м)!

На Руси вплоть до XV века заботливой хранительницей мер и весов была Церковь. В монастырях и храмах появились первые смотрители за правильностью измерений. Князья Владимир и Всеволод поручали «епископам наблюдать за мерами и весами», а за обвешивание и обмеривание велели «казнить близко к смерти». Царь Иван Грозный вообще запретил торговцам иметь собственные гири и весы. Разрешалось пользоваться только «государственными». Царь Федор Алексеевич обязал проверять существующие меры с клеймлением их «орлёной печатью». Петр I своим указом ввел их обязательную проверку два раза в год.
И лишь в 1736 году в России были созданы образцовые меры длины, веса (массы) и других измерений, с которыми обязательно сравнивали используемые в торговле гири и прочие меры.

В 1842 году в России в Петербурге было основано «Депо образцовых мер и весов», куда в 1892 году ученым-хранителем назначили Дмитрия Ивановича Менделеева. Год спустя оно стало именоваться «Главной палатой мер и весов», а сегодня называется Российским научно-исследовательским институтом метрологии и носит имя великого ученого. В одной из лабораторий института в настоящее время имеются весы, на которые при измерении не должен даже падать… прямой солнечный луч, так как он может исказить результат измерения! Если бы можно было построить по этой же схеме вагонные весы и взвесить на них вагон с зерном, а затем, убрав одно только зёрнышко, вновь взвесить вагон, то весы сразу же отметили бы исчезновение этого единственного зерн а…
Современн ые н аборы гирь (разновесы) выпускают разных классов точности. Они подлежат обязательной сертификации и первичной и периодической поверке органами метрологического контроля. Для образцовых и аналитических гир ь особое значение имеет материал, применяемый для их изготовления. Для того чтобы гири не изменяли своей массы, необходимо, чтобы материалы для них были:

• антимагнитными — для исключения влияния магнитных полей на результат взвешивания;
• устойчивыми к действию корродирующих агентов окружающей среды;
• стойкими к износу в процессе эксплуатации;
• плотными по строению, во избежание поглощения пара, газов и влаги.