如何制作一個(gè)簡(jiǎn)易的磁力秤？

我們?cè)谥袑W(xué)物理里學(xué)過(guò)，秤的本質(zhì)是測(cè)量力的，稱量一個(gè)物體，其實(shí)是在測(cè)量這個(gè)物體所受的重力。

秤的原理都是用一個(gè)已知的力來(lái)測(cè)量未知的力。例如傳統(tǒng)的測(cè)量工具天平，就是用已知重量的砝碼（已知砝碼的重力），去測(cè)量未知重量的物體。我國(guó)民間使用的桿秤，則在天平的基礎(chǔ)上加上了杠桿原理。家用的彈簧秤、測(cè)量體重的磅秤，都是利用彈簧彈性形變時(shí)產(chǎn)生的力。

明白了秤的原理，我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)可以利用很多不同形式的力來(lái)制作一臺(tái)秤，例如下面這個(gè)科技小制作，就是利用了磁鐵同性相斥的排斥力。

下面是這臺(tái)磁力秤：

這是外國(guó)朋友的作品，他利用了一種組合玩具來(lái)做秤的骨架。我沒(méi)發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)有類似的玩具，所以呢，我們要仿制的話，恐怕需要一定的木工工作了。

原理很簡(jiǎn)單啦，其實(shí)就是一個(gè)不等臂的天平，左臂向上傾斜，右臂水平，二者中間有轉(zhuǎn)軸。在傾斜臂的一側(cè)，安裝有一塊磁鐵，這塊磁鐵與固定在秤底座支架上的另一塊磁鐵極性相同，因此受到磁場(chǎng)的排斥力。

向秤盤里添加重物，杠桿就會(huì)向左側(cè)傾斜，左臂上的磁鐵向右下移動(dòng)，兩塊磁鐵之間的距離變小，排斥力增加，當(dāng)磁場(chǎng)的排斥力與重物的重力相抵消之后，達(dá)到平衡狀態(tài)，杠桿停在一個(gè)角度不動(dòng)了。觀察右側(cè)水平杠桿向上（也就是逆時(shí)針）轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，對(duì)照刻度盤，就能夠讀出重物的重量，從而達(dá)到測(cè)量的目的。

這是轉(zhuǎn)軸部分：

這是磁鐵部分：

這是右側(cè)杠桿臂與刻度盤部分。

下面講一下秤的標(biāo)定。在使用工廠生產(chǎn)出來(lái)的秤的時(shí)候，我們通過(guò)刻度盤的讀數(shù)來(lái)讀取被測(cè)量物體的重量。但是因?yàn)檫@臺(tái)秤是我們自己制造的，因此需要我們自己去確定刻度，也就是標(biāo)定一臺(tái)新秤，否則它是無(wú)法使用的。

要標(biāo)定一臺(tái)秤，就需要利用已知重量的砝碼，這位外國(guó)朋友利用了這種圖釘做砝碼，他通過(guò)測(cè)量得知，這種圖釘恰好是0.25克1個(gè)。

先在刻度盤上與右臂上緣平齊畫(huà)一條線，因?yàn)檫@時(shí)左側(cè)秤盤里沒(méi)有任何重物，因此我們把這條線標(biāo)定為0克。然后往秤盤里加一個(gè)圖釘，那么秤的右臂會(huì)向上（逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)一定角度，在刻度盤上再沿著右臂上緣畫(huà)一條線，因?yàn)?個(gè)圖釘重0.25克，因此這條線就標(biāo)定為0.25克。

依次增加砝碼也就是圖釘?shù)臄?shù)量，依次在刻度盤上增加標(biāo)定數(shù)值，最終得到如下的刻度盤：

可以看出，這臺(tái)秤的最大測(cè)量范圍是10克，最小刻度是0.25克（因?yàn)闃?biāo)定的砝碼最小是0.25克）。

通過(guò)刻度盤還可以看出，這臺(tái)秤的度數(shù)不是線性的。什么叫線性？仔細(xì)觀察普通的磅秤、桿秤、彈簧秤的刻度盤，你會(huì)發(fā)現(xiàn)刻度值是均勻的，也就是1公斤到2公斤兩個(gè)刻度之間的長(zhǎng)度，與2公斤到3公斤之間的長(zhǎng)度是相等的。但是這臺(tái)秤的刻度表不是這樣的，0克到1克與1克到2克之間杠桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度是不一樣的，這就叫做非線性。這是由磁場(chǎng)排斥力的特點(diǎn)決定的，就像彈簧秤是由彈簧拉力的特性決定的一樣（彈簧拉力符合胡克定律，中學(xué)物理里有講到）。

因?yàn)榭潭缺P不是線性的，會(huì)造成度數(shù)困難，因此作者試圖對(duì)這臺(tái)磁力秤加以改進(jìn)。他設(shè)計(jì)了下面的結(jié)構(gòu)，試圖得到線性的刻度。

但是請(qǐng)注意，上面這個(gè)圖有原理性的錯(cuò)誤。他用弧形螺線管來(lái)代替固定的永久磁鐵，因?yàn)槁菥€管內(nèi)部中心位置的磁場(chǎng)是近似均勻的，且中心弧線上任意兩點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度是近似相等的，因此，移動(dòng)磁鐵受到的力是不變的，而我們希望這個(gè)力是線性變化的！所以，按照上面那個(gè)設(shè)計(jì)圖，不可能造出一臺(tái)與上面那臺(tái)磁力秤類似的，通過(guò)杠桿偏轉(zhuǎn)讀數(shù)的秤來(lái)。但是可以造出一臺(tái)電子秤來(lái)，至于為什么，我就不詳細(xì)分析了，因?yàn)樘嗟睦碚摲治?，?huì)把大家搞糊涂的。大家如果要模仿的話，就照那臺(tái)成功的實(shí)物來(lái)模仿吧，雖然刻度盤不是線性的，但至少能夠使用！