VÁHY                                                                                                                                                                                            ÚVOD

 

 

Fyzikálne deje:  Mechanický pohyb

                           Páka 1. typu

Didaktické použitie (ročník, tématický celok, téma):

1. ročník SŠ ; MECHANIKA; Kinematika; (Mechanický pohyb, Páky)

História a princíp činnosti:

Zariadenie, ktoré využívalo princíp páky veľmi dômyselne a dokonale, vymysleli a používali už dávno pred Archimedom – dvojramenné váhy. Pomocou nich dokázali obchodníci presne vážiť už okolo roku 3500 pred n.l. Vtedy bolo treba vážiť zlato, ktoré staroveké civilizácie na Strednom východe používali ako platidlo. Preto si na presnom stanovení jeho hmotnosti dávali veľmi záležať.

Na podobnom princípe ako zariadenie, ktoré vymyslel roku 1669 francúzsky matematik Roberval, pracujú napríklad kuchynské dvojramenné váhy. Ide o to, aby sa misky pohybovali vo vodorovnej polohe a aby sa dali závažia a predmety položiť na ktorékoľvek miesto na miske bez toho, že by sa tým presnosť váh porušila. Rovnoramenné váhy sú v podstate pákou. Stredy misiek sú v rovnakej vzdialenosti od osi otáčania, a tak sú váhy vyvážené len vtedy, keď na obe pôsobí rovnaká sila.

Všimnime si, že keď sa postavíme na váhy, ktoré máme doma na osobné váženie, klesnú pod nami len nepatrne. Vnútri totiž majú pákový mechanizmus a ten dokáže aj takýto maličký pohyb „zväčšiť“ na taký, ktorý presne pootočí stupnicou.

Pohyb hornej platne váh, na ktorú sa postavíme, prenáša systém pák umiestnený pod ňou, na ciachovaciu platňu, ktorá je zavesená na pevnej hlavnej pružine. Páky tlačia platňu nadol a naťahujú tak hlavnú pružinu presne o taký kus, ktorý je úmerný našej hmotnosti. Kľuka sa pootočí, lebo ju ťahá pružina stupnice. Mechanizmus stupnice pozostáva z ozubnice a z pastorka, ktorý je pripevnený k samotnej stupnici a otáča ňou tak, aby sa v okienku ukázalo správne číslo – naša hmotnosť. Keď z váh zostúpime, hlavná pružina sa stiahne a nadvihne ciachovaciu platňu. Tá vráti kľuku do pôvodnej polohy a spolu s ňou späť na nulu aj stupnicu [5].

Že váhy sú prístroje určené na váženie je zrejmé. Nie celkom jednoznačne je ale chápaný výsledok váženia. Mnohí si ešte pamätáme, že to, čo sme vážením zistili bola váha predmetov, osoby atď. Neskôr (s rozvojom kozmonautiky) bolo nutné jednoznačne rozlišovať rozdiel medzi touto váhou a tiažou (závislou na silovom pôsobení gravitácie) a hmotnosťou (nezávislou na gravitácii).

Prvými prístrojmi na meranie hmotnosti boli rovnoramenné váhy. Používali sa v Babylone, v starom Egypte a Číne. Tieto váhy ešte nemali ukazovateľ rovnovážnej polohy – jazýček, ten nahrádzala vodorovná poloha ramien, ktorá sa docielila vyvažovaním tovaru rôznymi závažiami.

                                                                                      

 

V dobe existencie Rímskej ríše už existovali váhy so stupnicou na jednom ramene, po ktorej sa pohybovalo závažím (behúňom).

Ďalšia zmena prišla až v roku 1669, kedy člen Francúzskej akadémie vied, profesor Gilles Personne de Roberval vynašiel tzv. rovnobežníkové balančné váhy. Táto konštrukcia sa neskôr veľmi rozšírila a po úprave váharom Bérangérom v roku 1847, sa používala ešte po 2. svetovej vojne. Bežne sa im hovorilo pákové. Mali opäť dve misky a museli sa zdĺhavo vyvažovať. Mali však už jazýčky a boli pomerne presné.

                                                                 

Dôležitým vynálezom boli váhy desatinné, decimálne. V roku 1820 ich zostrojil štrasburgský váhar Quitenz. Používali sa pre väčšie hmotnosti (vrecia s obilím) a k vyvažovaniu stačili závažia 10x menšie (na 50 kg vrece stačilo 5 kg závažie).

                                                                              vahy3.jpg (7942 bytes)

Približne v polovici 19. storočia bol obnovený princíp rímskych váh a boli zostrojené stolné (kuchynské) váhy alebo osobné váhy. Hmotnosť sa tu opäť nastavovala posúvaním závažia, ale stupnice tu boli dve, hrubá a jemná.

Poslednou konštrukciou využívajúcou páky boli váhy fungujúce na sklonnom princípe. Tieto rýchlováhy sa začali vyrábať na začiatku 20. storočia. Ich výhoda bola v tom, že stačilo bremeno len použiť na misku a váhy samé po vychýlení sklonného vahadla ukázali na stupnici hmotnosť. Sú to dodnes klasické váhy, stále ešte používané v mnohých obchodoch a v priemysle.

 

                                                          

Pákové váhy sú pomerne zložité a prejavuje sa u nich určitá zotrvačnosť. Preto vznikli váhy na inom princípe, váhy pružinové. Väčšinou sú to váhy kuchynské alebo nášlapné osobné váhy, kde sa v okienku otáča stupnica. Tu sa využíva princíp stlačenej pružiny.

                                                                                     

 

Motivačné otázky:

Budú vážiť správne rovnoramenné váhy keď zahrejeme rameno, na ktorom je zavesená miska so závažím?

Zahriatím sa zväčší dĺžka ramena, preto sa zväčší i moment sily závažia, teda na uvedených váhach nameriame menšiu hmotnosť predmetov.

Na miskách rovnoramenných  váh sú položené  dva rovnaké  poháre  naplnené až  po okraj vodou. V jednom pohári  pláva  drevený hranolček. Čo ukazujú váhy ?

Váhy ukazujú rovnovážny stav. Drevený hranolček vytlačil z pohára vodu s určitým objemom. Podľa Archimedovho zákona tiaž tejto vody je rovnaká ako tiaž dreveného hranolčeka.