如何制作一個簡易的磁力秤？

我們在中學物理里學過，秤的本質是測量力的，稱量一個物體，其實是在測量這個物體所受的重力。

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

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

下面是這臺磁力秤：

這是外國朋友的作品，他利用了一種組合玩具來做秤的骨架。我沒發(fā)現(xiàn)國內(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。

原理很簡單啦，其實就是一個不等臂的天平，左臂向上傾斜，右臂水平，二者中間有轉軸。在傾斜臂的一側，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，因此受到磁場的排斥力。

向秤盤里添加重物，杠桿就會向左側傾斜，左臂上的磁鐵向右下移動，兩塊磁鐵之間的距離變小，排斥力增加，當磁場的排斥力與重物的重力相抵消之后，達到平衡狀態(tài)，杠桿停在一個角度不動了。觀察右側水平杠桿向上（也就是逆時針）轉動的角度，對照刻度盤，就能夠讀出重物的重量，從而達到測量的目的。

這是轉軸部分：

這是磁鐵部分：

這是右側杠桿臂與刻度盤部分。

下面講一下秤的標定。在使用工廠生產(chǎn)出來的秤的時候，我們通過刻度盤的讀數(shù)來讀取被測量物體的重量。但是因為這臺秤是我們自己制造的，因此需要我們自己去確定刻度，也就是標定一臺新秤，否則它是無法使用的。

要標定一臺秤，就需要利用已知重量的砝碼，這位外國朋友利用了這種圖釘做砝碼，他通過測量得知，這種圖釘恰好是0.25克1個。

先在刻度盤上與右臂上緣平齊畫一條線，因為這時左側秤盤里沒有任何重物，因此我們把這條線標定為0克。然后往秤盤里加一個圖釘，那么秤的右臂會向上（逆時針）旋轉一定角度，在刻度盤上再沿著右臂上緣畫一條線，因為1個圖釘重0.25克，因此這條線就標定為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定數(shù)值，最終得到如下的刻度盤：

可以看出，這臺秤的最大測量范圍是10克，最小刻度是0.25克（因為標定的砝碼最小是0.25克）。

通過刻度盤還可以看出，這臺秤的度數(shù)不是線性的。什么叫線性？仔細觀察普通的磅秤、桿秤、彈簧秤的刻度盤，你會發(fā)現(xiàn)刻度值是均勻的，也就是1公斤到2公斤兩個刻度之間的長度，與2公斤到3公斤之間的長度是相等的。但是這臺秤的刻度表不是這樣的，0克到1克與1克到2克之間杠桿轉過的角度是不一樣的，這就叫做非線性。這是由磁場排斥力的特點決定的，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，中學物理里有講到）。

因為刻度盤不是線性的，會造成度數(shù)困難，因此作者試圖對這臺磁力秤加以改進。他設計了下面的結構，試圖得到線性的刻度。

但是請注意，上面這個圖有原理性的錯誤。他用弧形螺線管來代替固定的永久磁鐵，因為螺線管內(nèi)部中心位置的磁場是近似均勻的，且中心弧線上任意兩點的磁場強度是近似相等的，因此，移動磁鐵受到的力是不變的，而我們希望這個力是線性變化的！所以，按照上面那個設計圖，不可能造出一臺與上面那臺磁力秤類似的，通過杠桿偏轉讀數(shù)的秤來。但是可以造出一臺電子秤來，至于為什么，我就不詳細分析了，因為太多的理論分析，會把大家搞糊涂的。大家如果要模仿的話，就照那臺成功的實物來模仿吧，雖然刻度盤不是線性的，但至少能夠使用！