托盘天平中的游码是怎样起作用的?

托盘天平中的游码是怎样起作用的?

天平确实是一个杠杆。

那么你应该知道影响杠杆平衡的因素不仅有力本身,还有力的力的力臂。

我们简化一下问题,如果力都作用在一个同一条直线上,且力的方向均相同,那么以支点为原点,以力的作用点为直线做数轴,那么平衡时直线上的力满足Fx之和为0。这个乘积实际上在物理里面有个专门的词,叫力矩(就这个问题而言,你也可以认为这就是我编的词也无所谓)。

不考虑游码的时候,两个托盘的力臂相同,所以问题简化为两侧重力相等,即质量相等。从这个简化的问题出发,我们可以把任意一项力矩除以托盘的力臂,从而视作一个放在托盘中的对应质量的物体。

游码是一个重力不变,但力臂可变的物件,其力矩随位置均匀变化。也就是说,我们可以把游码等效成一个质量可调,且质量随位置均匀变化的,放在托盘中的物体,这就是游码的原理。

那么由此引出的一个问题是:为什么游码的初始位置不在中间?这是因为天平的平衡不仅跟砝码、物体和游码有关,天平的其他部分如托盘都会影响天平的平衡,我们通过在使用前调平的方法让所有我们不关心的因素互相平衡从而排除无关因素。游码作为天平的一部分也被排除掉了,所以有贡献的实际上只有因为位置改变产生的力矩改变量,所以游码不需要放在中间,也是为什么使用前游码需要调零。