Динамометрия кратко и понятно

Обновлено: 02.07.2024

В данном уроке мы познакомимся с новым прибором, который называется динамометром. С его помощью можно измерить силу, действующую на тело.

Динамометр — это прибор для измерения силы.

Рассмотрим самый простой вид динамометра — пружинный. Это поможет нам разобраться с принципом действия прибора. Основной его частью является стальная пружина.

Не сложно догадаться, что если подвесить к пружине груз, то она растянется. Другими словами, наблюдатель видит, что на подвешенное тело действует сила, и может определить ее величину.

Пружинный динамометр

Простой пружинный динамометр можно изготовить самостоятельно (рисунок 1). Он состоит из нескольких частей:

стальная пружина с крючком и указателем на конце
корпус для крепления пружины
шкала

Сначала закрепляем пружину на корпусе таким образом, чтобы ее нижний конец оставался свободным. Затем к нему прикрепляем указатель. Если разогнуть последний виток пружины, то его можно использовать в качестве указателя.

Шкалу можно изготовить из полоски обычной бумаги, нанеся на нее штрихи и числа. Поэтому приклеим бумагу на корпус и сделаем на ней первую отметку (рисунок 2, а). Это будет нулевая отметка, которая показывает, где заканчивается нерастянутая пружина.

Рисунок 2. Градуировка динамометра.

Из прошлого урока нам известно, что на груз массой $\frac$ кг ($102$ г) будет действовать сила тяжести, равная $1$ Н. Поэтому подвесим на крючок груз указанной массы и посмотрим, насколько растянется пружина.

Если пружина прекратила растяжение и груз остановился, это означает, что сила тяжести, действующая на тело, и сила упругости пружины уравнялись. Новое положение указателя отметим на бумаге, поставив цифру 1 (рисунок 1, б).

Так мы уже получили начало шкалы и необходимо ее продолжить. И сделать это можно по-разному:

Поочередно подвешивать грузы массой $204$ г, $306$ г, $408$ г и т. д., проставляя соответствующие отметки: 2, 3, 4 и т. д.
Воспользоваться двумя имеющимися отметками (0 и 1) и с помощью линейки отложить отрезки такой же длины, отметив их числами 2, 3, 4 и т. д.

Теперь у нас есть шкала, которая позволяет измерять силу с точностью до целых. Но точность нашей шкалы можно улучшить до десятых, нанеся на нее дополнительные деления — 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и т. д.

Для этого разделим расстояние между отметками 0 и 1 на 10 одинаковых частей, поставив соответствующие штрихи. Аналогично поделим на части и другие отрезки ( между отметками 2 и 3, 3 и 4, и т. д.).

Описанным способом мы осуществили градуировку шкалы, цена деления которой равна $0,1$ Н.

Принцип действия динамометра

Итак, мы видим, что для измерения силы, действующей на груз, необходимо уравнять ее с силой растяжения пружины динамометра. Указатель, закрепленный на пружине, покажет величину этой силы согласно шкале. Таким образом, можно сделать вывод, что:

Устройство динамометра основывается на сравнении измеряемой силы с силой упругости пружины.

Например, если подвесить груз какой-то массы, то мы будем сравнивать силу тяжести, действующую на этот груз, и величину силы упругости растянутой пружины.

Если мы возьмем крючок на конце пружины и потянем за него, то мы будем сравнивать силу, приложенную нами, с силой упругости пружины. Так, с помощью динамометра можно измерять различные силы.

Вспомним закон Гука — он гласит, что сила упругости тела при растяжении прямо пропорциональна изменению длины тела. Принцип работы динамометра подтверждает этот закон — пружина удлиняется во столько же раз, во сколько увеличивается сила ее упругости.

Виды динамометров

Можно выделить несколько видов динамометров на основе принципа их действия:

Механические динамометры (рычажные или пружинные)

В основе работы механических динамометров лежит деформация. Принцип действия пружинного динамометра подробно описан выше. В рычажном динамометре под действием измеряемой силы происходит деформация рычага, которая и показывает величину силы.

Принцип действия таких динамометров основан на определении количества жидкости, вытесняемой из цилиндра под действием измеряемой силы.

У таких динамометров имеется датчик, который преобразует деформацию в электрический сигнал. Это вид динамометров стал широко применяться в последнее время.

Современные модели динамометров могу соединять и использовать в себе несколько принципов действия.

Применение динамометров

Динамометры имеют очень широкое применение. Например, в медицине используются специальные медицинские динамометры. Они предназначены для измерения силы различных мышечных групп человека.

Одним из таких приборов является ручной динамометр, который называется силомером (рисунок 3). С его помощью измеряется мускульная сила руки при сжатии кисти в кулак.

Рисунок 3. Силомер — электронный кистевой динамометр.

Для того чтобы измерить тяговые усилия локомотивов, тракторов, морских буксиров и другой техники, используют специальные тяговые динамометры (рисунок 4).

Рисунок 4. Применение тягового динамометра.

Такие динамометры способны измерять силы до нескольких десятков тысяч ньютонов. Современные модели имеют пульт дистанционного управления с дисплеем (рисунок 5).

Рисунок 5. Тяговый динамометр.

При монтаже проводов и кабелей используют динамометры для определения силы натяжения провода (рисунок 6). Существуют специальные монтажные таблицы с необходимыми значениями.

Рисунок 6. Динамометр для монтажных работ.

Динамометры используют не только в специальной технике, но и в обычных для нас местах: в метро, в автобусах и даже в лифте. Здесь эти приборы используют для измерения силы сжатия створок различных автоматических дверей.

Динамометрия - метод измерения силы сокращения различных мышечных групп; позволяет определить симметричность (или степень асимметрии) работы мышечной системы.

В основе работы динамометра - физический закон Гука, постулирующий, что деформация, возникающая в любом упругом теле (например, пружине), прямо пропорциональна напряжению (приложенному к указанному телу усилию).

Как компенсация силы деформации, в теле возникает противодействующая сила упругости, стремящаяся вернуть телу исходную форму и размеры.

Динамометр - (от греч. δύναμις, "сила", μετρέω - "измеряю") -
представляет собой контрольно-измерительное устройство, один из основных приборов для измерения у человека момента силы.

Динамометрия: развитие метода измерения

Самым первым прибором, использовавшимся для измерения силы, были весы. Несколько веков назад, в эпоху Ренессанса (в XVIII столетии), впервые началось совершенствование динамометров (среди изобретателей-рационализаторов в списках числятся Ренье, Томпсон и Броун). В результате, на сегодняшний день, имеется очень много разновидностей этих приборов для самых разных нужд, различающихся по функциональной принадлежности, конструкционным особенностям силового звена, предназначению. Подобная гибкость обуславливает весьма широкий диапазон измерений усилия: от нескольких сотых долей ньютонов до нескольких десятков тысяч килоньютонов.
Медицинские динамометры представляют собой специализированные приборы для определения силы, выносливости. Анализ данных, полученных от динамометров, позволяет оценить общее состоянии мышц, уровень работоспособности.

В реабилитологии динамометры помогают контролировать восстановление больного после операций, травм, перенесенных заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Как диагностический прибор, динамометр незаменим также для замеров тренировочных показателей силы мышц профессиональных спортсменов.

Для этих целей на практике применяют несколько типов динамометров:

кистевые динамометры- показывают силу мышц-сгибателей пальцев;
становой динамометр - определяет "становую силу" - силу мышц-разгибателей туловища.

Динамометрия - проведение процедуры

Диагностика динамометрических показателей проводится следующим образом. Для выполнения измерений - определения сжимающей силы (так называемого "момента силы") сгибающих мышц, используется специально разработанное оборудование, определяющее силу давления пациентом на датчик. Динамометр также используется для диагностики состояния и функции рук пациентов, восстанавливающихся после травм. Авторское интервью Антона Броварника об измерении силы мышц можно прочесть здесь.

Программно-аппаратный комплекс расшифровывает показатели, в результате чего реабилитолог видит полную картину динамики лечения.

Центр реабилитации Инвента Орто - ортопедические стельки, диагностика и коррекция опорной системы

Показатель общей силы спортсмена принято определять путем оценки становой силы [1] [2] [3] [4] [5] . Для проведения теста необходимо наличие динамометра, который состоит из опорной площадки и прикреплённой к ней тяговой рукояти с тензоэлементом.

Испытуемый занимает исходное положение на опорной площадке: ноги на ширине плеч, чуть согнуты в коленных суставах, спина прямая, тяговая рукоять удерживается прямыми руками на уровне середины бёдер. По готовности спортсмен плавно, на счёт один-два-три, совершает тягу с максимальным усилием в статическом положении.

ДИНАМОМЕТРИЯ ДИНАМОМЕТРИЯ (от греч. dynamis— сила и metron—мера), метод измерения силы. В мед. и биол. науках измеряют обычно мышечную силу кисти, рук, ног и туловища. Так как сила сокращения отдельных мышечных групп до известных пределов может считаться пропорциональной степени развития всей мышечной системы тела в целом, то показания динамометра (наряду с результатами измерения окружности плеча, предплечья, бедра и голени) характеризуют степень физ. развития. Д. применяется в антропологии, антропометрии, в невропатологии, при проф. отборе, изучении воинских контингентов, при изучении утомления. Последнее применение Д. основано на том, что мышечная сила изменяется в зависимости от трудности и продолжительности проф. работы. Если метод позволяет получать результаты в графическом виде, то он называется динамографией. Динамометр—прибор для измерения мышечной силы—-имеется в большом числе моделей. Наиболее распространен динамометр Коллена (Collin), представляющий собой овальную стальную пружину (рис. 1).

Ее сжатие в направлении короткого поперечника вызывает вращение стрелки динамометра по круглому циферблату, имеющему две дугообразные шкалы. Кроме стрелки, связанной с механизмом динамометра, на той же оси помещена свободная стрелка, легко передвигаемая первой стрелкой. После прекращения сжатия динамометра стрелка, соединенная с механизмом, возвращается в нулевое положение, а свободная стрелка остается на том делении, куда дошли обе стрелки при сжатии. Отсчет производится по внутренней шкале. Этот же динамометр может употребляться и для измерения силы тяги. Для этой цели на концах большого поперечника динамометра укрепляют две ручки, снабженные

крючками. Испытуемый, взявшись руками за ручки, растягивает с силой пружину динамометра. Отсчет производится по внешней шкале. Недостатками динамометра Коллена являются его форма, не вполне соответствующая сжатой кисти, малая ширина пружины, вдавливающейся в руку при сильном сжатии и вызывающей тем самым боль. Поэтому Штернбергом (Sternberg) и другими авторами предложены динамометры с параллельными ручками (рис. 2), иногда обшитыми кожей во избежание прикосновения к холодному металлу при измерениях на открытом воздухе. Имеются специально сконструированные динамометры для измерения силы тяги, напр. динамометр Эндрью. В некоторых случаях динамометр, измеряющий силу сжатия (рисунок 3), может быть

Рисунок 4. с помощью несложных приспособлений превращен в динамометр для измерения силы тяги (рис. 4 и 5). Динамометры получили широкое распространение в приборах, измеряющих работу,—эргометрах, в к-рых величина механической работы вычисляется

по величине усилия. В этих динамометрах применяется обычно спиральная пружина, как в безмене.—Динамограф—прибор, устроенный подобно динамометру, но снабженный приспособлением для автоматической записи показаний. Это особенно важно в тех случаях, когда величина усилия во время работы непрерывно изме-

воздушной передачи, как в динамографе Эмбера, Амара и др. Динамограф является прибором переходным к эргографу. Лит.: Baudouin A. et Francais H., Recherches de dynamometrie clinique, Paris medical, 1911—12, p. 485; Perl H., Untersuchungen iiber Konstitution und Krankheitsdisposition; die Messung der muskulosen Konstitution mit dem Dynamometer, Zeitschrift fur Hygiene und Infektionskrankheiten, B. LXXXII, 1916; Sternberg M., Dynamometri-sche Studien, Verhandl. des Kongresses f. innere Medi-zin, Wiesbaden, 1907. К. Кекчеев.

Читайте также: