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天平的基本原理
閱讀：4612 發布時間：2011-7-12
天平的基本原理：
天平是實驗室中常用的儀器。天平是一種衡器，是衡量物體質量的儀器。它依據杠桿原理制成，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是老生常談了。現代的天平，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。須知，天平不是一下子就發展成今天這個樣子的，它還有一段發展史呢！ 天平原理示意圖
天平的發明很早。在埃及尼羅河三角洲盛產一種水生植物，很像我國多水地區生長的蘆葦，將其莖逐層剝離撕成薄片，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。我們現在所知道的古埃及的情況，特別是科學技術的歷史發展情況，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代文字，而是一種象形文字，經過很多專家的研究才讀懂了那種文字。據紙草書的記載，早在公元前1500多年，埃及人就已經使用天平了，還有人說，埃及人使用天平的時間還要早，大約在公元前5000年以前。古埃及的天平雖然做的很粗糙，但是已經有了現代天平的輪廓，成為現代天平的雛型。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，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，法國數學家洛貝爾巴爾發明了擺動托盤天平，托盤天平的發明被認為是對古老的吊式天平的重大改進，今，托盤天平仍在被廣泛使用。下圖畫的是現在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，體現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，F1L1=F2L2，F1＝m1g， F2=m2g，L1=L2，∴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。下圖中3為指針，4是刻度盤，指針正對準刻度盤中心表示兩端達到平衡，5為游碼標尺，6是游碼，7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使用，特別是科學家們仍繼續使用著，而且在使用中不斷改進，現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性要求不太高的稱量中使用。