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CAP 9: MISURE DI
FORZA,
FORZA, COPPIA E
POTENZA MECCANICA
Esistono vari tipi di forze, tra quelle di principale interesse nella pratica
ingegneristica si ricordano:
La forza peso che agisce su una massa m ove la gravità sia g, data da:
P= mg
La forza gravitazionale tra due masse m1 ed m2 distanti r tra loro (G è la costante di
gravità) data da
F = G m1 m2 / r2
La forza che bisogna applicare ad un elemento elastico di costante elastica K per
accorciarlo di x, data da:
F=Kx
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Metodi di base per la misura della forza
•Bilanciandola con una forza gravitazionale che agisce su una massa campione,
sia in forma diretta, sia attraverso leveraggi
leveraggi.. E’ il principio dei misuratori di forza
peso, cioè delle bilance meccaniche
meccaniche..
•Misurando l’accelerazione di un corpo di massa nota alla quale è applicata la
forza incognita
incognita..
•Bilanciandola attraverso una forza magnetica nota
nota..
•Utilizzando la forza per mettere in pressione un fluido e quindi misurare la
pressione
pressione..
•Applicando la forza ad un elemento elastico e misurandone la deformazione.
deformazione.
•Misurando il cambiamento di moto di precessione di un giroscopio causato da
una coppia applicata, correlata alla forza da misurare.
misurare.
•Misurando il cambiamento della frequenza propria di un cavo messo in tensione
dalla forza da misurare
misurare..
Le Bilance
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Misure di forza da misure di accelerazione
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Le bilance elettromagnetiche
Le celle di carico idrauliche e pneumatiche
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Le celle di carico a deformazione
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Celle di carico estensimetriche
Se all’elemento elastico che si deforma vengono incollati degli estensimetri elettrici a resistenza si
ottengono le cosiddette e molto diffuse celle di carico estensimetriche.
Celle di carico a compressione
Quando la sensibilità della cella di carico non è sufficiente si
utilizzano celle di carico il cui elemento flessibile è sottoposto a
momento flettente, ottenendo a parità di forza una maggiore
deformazione a scapito però di una minore rigidezza.
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Celle di carico per la misura di più componenti
Alcune applicazioni richiedono la misura di
più componenti della forza applicata ad un
oggetto. Tali misure possono essere
effettuate in due modi:
•mediante l’impiego di un insieme di celle di carico
montate in modo da misurare con ognuna una diversa
componente;
•utilizzando una singola cella di carico che misura più
componenti di forze e momenti grazie alla sua forma
particolare e alla disposizione degli estensimetri.
Misurazione delle componenti delle forze e
dei momenti applicati
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Celle di carico piezoelettriche
Le celle di carico piezoelettriche sono costituite da elementi meccanici che trasmettono la forza
da misurare ad un cristallo piezoelettrico
Celle di carico piezoelettriche e applicazione in martelli strumentati
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Celle di carico con sensori di deformazione a fibra ottica
Giroscopi
Si pone la bilancia in equilibrio con il giroscopio fermo, quindi lo si pone
in rotazione. Applicando una forza nota per deviare l'asse giroscopico si
può misurare il momento di reazione.
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Sistemi vibranti
Misure di coppia su alberi fissi e rotanti
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Misura della coppia dalla misura delle reazioni vincolari trasmesse a terra
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Misure di potenza meccanica
La potenza meccanica su un sistema meccanico che trasla è pari al prodotto
tra la forza applicata F e la velocità v con cui trasla, su un albero rotante è il
prodotto tra la coppia C e la velocità angolare ω.
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KW
Nm
100%
80%
60%
40%
Nnom
min-1
Freno a correnti parassite, particolare della cella di carico e curve caratteristiche
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Freno a polveri e curve caratteristiche
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