Почему негоризонтальные рычаги не считаются уравновешенными?

На хорошо спроектированных весах центр тяжести балки или плеча рычага будет чуть ниже центральной точки поворота.

Если балка не выровнена, центр тяжести будет находиться с одной или с другой стороны от оси вращения и, таким образом, будет создавать крутящий момент, поскольку он пытается двигаться прямо под точкой вращения.

Расстояние между точкой вращения и центром тяжести балки будет определять чувствительность весов, т. е. чем ближе центр тяжести к оси вращения, тем меньший крутящий момент будет прилагаться, когда он не выровнен, и тем меньше разница. шкала сможет обнаружить.

Нет никаких пружин или магнитов, которые вызывают этот эффект, только сила тяжести.

(ПРИМЕЧАНИЕ. Это не окончательный ответ и в основном догадки, но он может быть полезен для других ответчиков.)

Сначала я подозревал, что это какая-то слабая пружина или магнитное устройство, которое прикладывало противоположный крутящий момент к рычагу, чтобы сделать показания центра уникальными. Поискав в Google, я нашел это объяснение теории весов с тремя балками, предложенное Охаусом, и в нем упоминается, что существует магнитный демпфер, который соединяется со свободным концом руки, который используется для остановки колебаний балки (предположительно генерацией встречных электрических вихревых токов):

К сожалению, на рассматриваемом слайде также особо отмечается, что «это сопротивление движению, а не сила притяжения, поэтому дополнительный крутящий момент не применяется», так что это неправильная причина. Я просмотрел остальные слайды, чтобы увидеть, есть ли какие-либо упоминания о противостоящей силе, зависящей от угла, но, похоже, их не было.

Однако очевидно, что должен существовать противодействующий крутящий момент, возникающий при движении руки вверх и вниз, иначе, если бы две руки были уравновешены, был бы широкий диапазон доступных углов, в которых рука была бы стабильной, тогда как поработав с такими весами, прежде чем я могу сказать, что существует возвращающая сила, которая зависит от угла.

Возможные направления исследования: судя по тому же набору слайдов, платформа весов контактирует с балансирным рычагом с помощью ножевидного подшипника:

В результате, если угол взвешивания рычага$\theta$, крутящий момент$T_\theta$обеспечиваемой платформой для взвешивания, будет "правильно"

В противном случае использование другого типа подшипника может привести к тому, что нагрузка будет приложена ближе или дальше вниз по рычагу, что разрушит$\cos(\theta)$зависимость.

Однако нет упоминания о том, как скользящие грузы соприкасаются с рукой. Поэтому я бы попытался выяснить, как скользящие грузы контактируют с рукой, поскольку это потенциально может быть использовано для обеспечения чистой угловой разницы в том, как две стороны реагируют на изменения угла. Например, если правый край скользящего груза соприкасается с уравновешивающим рычагом, когда секция скользящего груза поднята выше, это приведет к тому, что крутящий момент будет уменьшаться медленнее, чем обычно.$\cos(\theta)$зависимость, которую испытывает левая сторона, и, таким образом, будет восстанавливающая сила, которая толкает секцию скользящего груза вниз.

Или, может быть, стойка, которая соединена с платформой для взвешивания и проходит вниз в отверстие в верхней части весов, на самом деле соединена с пружиной:

К сожалению, на данный момент у меня нет доступа к механическим весам (у меня все цифровые).

Честно говоря, проще всего было бы спросить одного из их инженеров, но это было бы жульничеством :).