天平基本原理
編輯：唐美鳳 來源： 日期：2023/6/5 16:38:42
天平是實驗室中常用的儀器,。天平是一種衡器,，天平基本原理是衡量物體質量的儀器,。它依據(jù)杠桿原理制成,，在杠桿的兩端各有一小盤,，一端放砝碼,，另一端放要稱的物體,，杠桿中央裝有指針,，兩端平衡時,，兩端的質量（重量）相等,。這些道理對學過物理學的人來說已經(jīng)是老生常談了。現(xiàn)代的天平,，越來越精密,，越來越靈敏，種類也越來越多,。我們都知道,，有普通天平、分析天平,，有常量分析天平,、微量分析天平、半微量分析天平,，等等,。天平的發(fā)明很早。在埃及尼羅河三角洲盛產一種水生植物,，很像我國多水地區(qū)生長的蘆葦,，將其莖逐層剝離撕成薄片，天平基本原理可以寫字,，這種東西叫做紙草,。許多歐洲國家的文字中的紙就是從紙草的拉丁文演變而來的。用紙草寫成的書是紙草書,，它成為古代埃及重要的歷史文獻,。我們如今知道的古埃及的情況，特別是科學技術的歷史發(fā)展情況,，很多都是來源于紙草書上的記載,。當然，紙草書上的文字不是現(xiàn)代文字,，而是一種象形文字,，經(jīng)過很多專家的研究才讀懂了那種文字,。據(jù)紙草書的記載，早在公元前1500多年,，埃及人就已經(jīng)使用天平了,，還有人說，這一時間還要早,，大約在公元前5000年以前,。古埃及的天平雖然做的很粗糙，但是已經(jīng)有了現(xiàn)代天平的輪廓,，成為現(xiàn)代天平的雛型,。下圖畫的就是古代埃及人使用的天平。
從圖可見,，這種天平是用一根豎棍中間鉆個孔,，橫穿一根棍兒，在棍的兩端各用繩子掛上一個盤子,。這種天平使用了很長時間,，直到大約公元前500年，羅馬的“桿稱”才出現(xiàn),，桿稱靠移動稱砣的位置來保持與被稱物品重量的平衡,，實際上是將天平的一端（放砝碼端）由固定式變成活動式，其好處是只要配上一個稱砣就可以了,，而天平的砝碼要好幾個,。桿稱也是用繩子吊一個盤子，再用繩子吊一個稱砣,，除一端可活動外,，基本形式與天平相同。
人們在使用天平和桿稱過程中,，感到用繩子吊一個盤子是一件很麻煩的事,，使用起來很不方便。于是,，有人想去掉這討厭的繩子,，17世紀中葉，法國數(shù)學家洛貝爾巴爾發(fā)明了擺動托盤天平,，托盤天平的發(fā)明被認為是對古老的吊式天平的重大改進,，托盤天平仍在被廣泛使用。下圖畫的是實驗室中常見的一種托盤天平,，比17世紀的托盤天平有了很大改進,。圖中1是天平橫梁，兩端各支撐一個稱盤2,。
這兩部分構成了托盤天平的骨架,，天平基本原理體現(xiàn)了托盤天平的基本設計原理，見下面的示意圖：當橫梁1平衡時,，力矩相等,，F(xiàn)1L1=F2L2，F(xiàn)1=m1g,， F2=m2g,，L1=L2，因此,，m1gL1=m2gL2,，m1=m2，這就是說,，由已知砝碼的質量可知被稱量物的質量,。圖中6為指針，7是刻度盤,，指針正對準刻度盤中心表示兩端達到平衡,，4為游碼標尺，8是游碼,，5是調零螺母,。與天平配套的還有砝碼。
應當指出,，托盤天平的發(fā)明并沒有使吊式天平退出歷史舞臺,，相反，吊式天平不僅為人們繼續(xù)使用,，特別是科學家們仍繼續(xù)使用著,，而且在使用中不斷改進，現(xiàn)代廣泛應用的精密天平大都是吊式的,，而托盤天平在日常生產和生活中用的較多,，在科學實驗中大多在精確性要求不太高的稱量中使用。
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