dinamometro

Apparecchio per la misurazione dell’intensità delle forze. I d. si classificano in base al principio di funzionamento: si può misurare una forza confrontandola con un’altra nota, oppure si può applicare la forza a un elemento elastico di cui si valuta la deformazione.

fig. 1

fig. 2

Nel primo caso la forza nota può essere un peso; i più comuni d. basati su tale principio sono il d. a pendolo, il d. a leva e il d. idraulico; anche la bilancia, usata per la misura di pesi è un d. di tale tipo (d. a bilancia). Il d. a pendolo (fig. 1) è costituito da un sistema di due aste rigide (a e b), fra loro perpendicolari, imperniato a un sostegno fisso in corrispondenza dell’intersezione O fra le due aste. Applicando all’estremo di una delle due aste una forza F, il sistema subisce una rotazione, finché il momento dovuto a un peso noto P non equilibra quello dovuto a F. All’equilibrio si viene ad avere F a cos(α)=P b sen (α). Un’altra asta dentata c, sempre a contatto con l’asta su cui si trova il peso noto, vincolata a muoversi orizzontalmente, subisce uno spostamento orizzontale d=h tang (α); pertanto la F è legata a detto spostamento dalla relazione F=Pbd/ah. Il valore di F può essere letto direttamente sulla scala graduata e, facendo comandare il movimento dell’indice f da un pignone g che ingrana con c. Il d. a leva (fig. 2) costituito da una leva orizzontale a, con fulcro nel coltello b. La forza F, applicata in corrispondenza dell’anello c, ha braccio d. Quando lo strumento è scarico, il peso noto P si trova con l’indice sulla posizione O della scala graduata di a, a distanza e₀ dal fulcro. Fanno in tal caso equilibrio i momenti di P e di un carico aggiuntivo P′, con il momento di un contrappeso Q. All’equilibrio risultano affacciati i coltelli f. Applicando la forza F, si sposta il peso P lungo a finché i coltelli non risultano nuovamente affacciati; in tal caso dall’equilibrio dei momenti si ha F=Pe/d. Il d. idraulico può essere costituito da un cilindro riempito di liquido chiuso da uno stantuffo di sezione nota cui è applicata la forza incognita. Misurando mediante un manometro la pressione nel cilindro e moltiplicandola per la sezione, è nota la forza. Se invece di riempire il cilindro con liquido lo si riempie con aria in pressione, il d. diventa un d. pneumatico.

fig. 3

fig. 4A

Il d. elastico può essere adatto a misurare forze costanti, oppure forze variabili nel tempo. Il suo funzionamento è basato sull’ipotesi che la deformazione dell’elemento elastico sia proporzionale alla forza che la provoca: ciò è tanto più vero quanto più è piccola la deformazione; pertanto si cerca di mantenere piccola detta deformazione, amplificandola successivamente per via meccanica, ottica o elettrica. Il più semplice d. elastico è il d. a molla (fig. 3), costituito da una molla elicoidale a, disposta in serie alla forza incognita F; lo spostamento relativo fra le estremità della molla, dovuto alla reazione elastica di quest’ultima, è rilevato da un indice b che si muove rispetto alla scala c e si considera proporzionale a F. Migliori risultati, per carichi molto elevati, dà il d. ad anello (fig. 4A), la cui maggiore rigidità meglio garantisce la proporzionalità fra forza e deformazione. Una elevata amplificazione può essere ottenuta per via elettrica mediante estensimetri a resistenza elettrica, incollati sull’elemento elastico del d., che prende anche nome di cella di carico; un d. di questo tipo permette di misurare e registrare forze variabili anche rapidamente nel tempo. Generalmente vengono incollati sull’elemento elastico quattro estensimetri, in modo da realizzare un ponte di Wheatstone completo; l’elemento elastico può essere un cilindretto pieno (a m fig. 4B) o cavo: se R₁, R₂, R₃, R₄ sono gli estensimetri, R₁ e R₃ sono gli estensimetri attivi, cioè quelli che sentono la deformazione in direzione della forza F, essendo incollati in direzione assiale. La loro resistenza elettrica varia proporzionalmente alla deformazione del cilindretto e quindi alla forza applicata, per cui il ponte, inizialmente in equilibrio quando l’intensità di F è nulla, subisce uno squilibrio rilevato dal galvanometro G, installato nel circuito secondo lo schema di fig. 4C. Gli estensimetri R₂ e R₄ completano il ponte e compensano variazioni di temperatura che altrimenti falserebbero la misura: essendo incollati in direzione trasversale, per effetto Poisson contribuiscono allo squilibrio del ponte; lo squilibrio totale è pertanto proporzionale alla forza incognita F, e il galvanometro può essere tarato direttamente in unità di forza.