מאזניים

ממוזער|250px|משקולת ביתית מברזל יצוק בעלת מסה של 1 ק"ג המשמשת כאמת מידה תקנית במאזניים.
מאזניים הם מכשיר מדידה המיועד למדידת משקל של חפצים שונים, ובהם משקל גוף האדם. למאזניים שימושים רבים משחר ההיסטוריה, החל ממסחר, בדיקת טהרן של מתכות וכלה בניסויים בפיזיקה בכימיה ובמדעים אחרים.

תוצאת המדידה במאזניים מוצגת כמסה (ביחידות קילוגרם או גרם), אף שכמעט כל סוגי המאזניים מודדים למעשה את משקל החפץ (הכוח אותו מפעיל החפץ, הנמדד ביחידות ניוטון) ולא את המסה שלו. אולם תחת ההנחה שהמדידות התבצעו על פני כדור הארץ, היחס בין המשקל והמסה הוא בקירוב קבוע (תאוצת הכובד, g) וניתן לתרגם את המשקל הנמדד למסה.

סוגי מאזניים

 מאזניים פשוטים

מאזניים פשוטים עתיקים מודדים את משקלו של החפץ על ידי השוואתו לחפצים אחרים, שמשקלם ידוע. החפץ הנשקל מונח על צד אחד של המאזניים ומשקולות שונות מונחות על הצד השני עד אשר המאזניים מגיעים לשיווי משקל. מאזניים כאלו היו נפוצים עוד בבבל ובמצרים העתיקות (בסביבת 2000 לפנה"ס).

בשלב מאוחר יותר הופיעו מאזניים בעלי אורך זרוע משתנה שהשיגו תוצאות מדויקות יותר ודרשו פחות משקולות שונות לצורך הפעלתם. במאה ה-4 לפנה"ס כתב אריסטו את התאוריה המסבירה את פעולתם של מאזניים אלה (עקרון מומנט כוח בפיזיקה). כמו בנדנדה, ככל שהמשקולת תמצא במרחק גדול יותר מהמרכז כך השפעתה תהיה גדולה יותר, משמע ניתן לשנות את אורך הזרוע במקום לשנות משקולות.

כיוון שמאזניים פשוטים משווים את המשקל של החפץ הנמדד למשקלי ייחוס, התוצאה המתקבלת אינה תלויה בתנאי הסביבה כמו טמפרטורה ותאוצת הכובד, ולכן ניתן להגיע לדיוק גבוה בחישוב המסה.

 מאזני קפיץ 

מאזני קפיץ מודדים את מידת התארכותו של קפיץ כדי למדוד את הכח שמפעיל החפץ, אשר נתלה על וו או מונח על משטח תלוי. נתוני הקפיץ ידועים ולכן ניתן להשתמש בחוק הוק כדי לחשב את הכח שמפעיל החפץ מתוך מידת ההתארכות של הקפיץ. למאזני קפיץ יש דיוק נמוך, משום שקפיצים משנים את התנהגותם עקב שינויי טמפרטורה (מתכווצים או מתרחבים) וכתוצאה מבלאי טבעי (מתעקמים או אף נשברים).

 מאזניים אלקטרוניים 
שמאל|ממוזער|150px|תיאור מפושט של עקרון פעולתם של מאזניים טנזומטריים. (1) הלחץ מופעל על המשטח המרכזי, (2) הקורות המצופות בחומר מתאים (מסומן בכחול) מתעקמות ומשנות את התנגדות הציפוי
מאזניים אלקטרוניים מחליפים את המאזניים המכניים, לסוגיהם השונים. יתרונם הגדול של מאזניים אלקטרוניים נעוץ בהקטנה משמעותית או אף העדר של חיכוך, ועקב כך מגביר את דיוק המדידה, גורם לאמינות גבוהה יותר, מהירות מדידה גבוהה יותר ולעיתים קרובות גם לעלות כלכלית נמוכה יותר.
ישנן כמה טכנולוגיות למדידת מסה בעזרת עקרונות חשמליים:

שימוש באלקטרומגנט אשר מושך כנגד הכוח שמפעיל החפץ, המונח על משטח מתאים או מנוף. הזרם החשמלי הזורם דרך האלקטרומגנט (ואשר קובע את עוצמת הכח) משתנה, על ידי מעגל עם משוב שלילי, עד שחיישן מתאים מורה כי המערכת הגיעה לשיווי משקל. בנקודה זו, הזרם יחסי למשקל.

מאזניים טנזומטריים (מהמילה הלטינית "טנזור" שמשמעה משהו שנמתח) במאזניים אלו מפעיל החפץ לחץ על משטח המוחזק בעזרת כמה קורות. על גבי הקורות מצוי חומר אשר ההתנגדות החשמלית שלו מושפעת מאוד מעיוותים (כפי שניתן לראות באיור). מודדים את השינויים בהתנגדות החשמלית של המערכת בעזרת גשר ויטסטון, ומהם ניתן להסיק לגבי עצמת הלחץ. שיפור אפשרי נוסף הוא להשתמש במדידות זמן של פריקת או טעינת קבל כדי להעריך את ההתנגדות החשמלית. טכנולוגיה זו, של שינוי ההתנגדות, מאוד אמינה והיא הנפוצה ביותר בעולם.

ניתן למדוד שינויים בתדר התהודה של גביש קוורץ המחובר, בצורה מכנית, לחפץ. הכח המופעל משנה את התדר בו פועם הגביש. התקנים מסוג זה נחותים בדיוקם בהשוואה למאזניים טנזומטריים אולם זולים יותר לייצור.

לחלופין, ניתן למדוד שינויים בתדר התנודות של חוט מתכת המחובר לחפץ, בדומה לגיטרה. הדיוק הנמוך יחסית, ההגבלות על צורת העבודה ואורך החיים הקצר הפכו טכנולוגיה זו לנדירה.

 מאזניים הידראוליים או פניאומטיים 
מאזניים הידרוסטטיים (הומצאו על ידי גלילאו גליליי) מתבססים על החוק הציפה של ארכימדס, לפיו גוף השקוע בנוזל מאבד ממשקלו משקל השווה למשקל הנוזל השווה לו בנפחו. לחלופין, ישנם מאזניים המודדים שינויים בלחץ אוויר (פניאומטיים) או מים (הידראוליים) כדי למדוד משקלים, בדרך כלל גדולים.

 משקלים גדולים או קטנים מאוד 

התפתחות התעשייה הצריכה פיתוח של מאזניים המיועדים למשקלים גדולים יותר (כגון כלי רכב פרטיים, משאיות או מכולות). בתחילת המאה ה-19 (1818) יוצרו מאזניים בעלי יחס של 1:10 בין העומס והמשקולות, מאזניים בעלי יחס של 1:100 יוצרו ב-1831. המשקלים הגדולים הולידו מגוון חדש של בעיות הנדסיות בתכנון המאזניים.

גם מאזניים המיועדים למשקלים קטנים שיפעלו בדיוק גבוה (לדוגמה לצורך שקילת חומרים כימיים לתרופות) דורשים תכנון מיוחד. מאזניים אלו (הנקראים "מאזניים אנליטיים") הם מאזניים חשמליים בהם משולב מגוון גדול של מנגנונים נוספים כדי להגדיל את דיוקם ולמנוע הטיות. בין השאר מופעלים במאזניים מסוג זה מנגנוני איפוס וקיזוז מתקדמים, והמדידה מתבצעת במרחב סגור על מנת למנוע השפעה של תנועת אוויר.
שימושים במקרא ובעברית המודרנית

 חז"ל השתמשו בביטוי מאזני צדק כדי להדגיש את חובת הסוחר לנהוג ביושר, כלפי זולתו, וחובתו לוודא כי לא תהיה טעות במשקל (אף לא בתום לב) אשר תגרום ללקוח לשלם ביתר עבור מוצר אשר נרכש לפי משקל, וכך רושם הרלב"ג

בפסק דין בתובענה ייצוגית בגין מכירת מאפים ללא קיזוז מחיר האריזה בבית משפט השלום בהרצליה,  (ת"צ עופר גל  ואח' נ' מאפיית מי ורד בע"מ) ניתנה החלטת בית המשפט שכותרתה: "מאזני צדק, אבני צדק, יושר ומשקולות, מן המקרא לימינו אנו"  "בניגוד לטענת המשיבה בבקשת האישור אריזות אינן אמורות להיכלל במשקל הנקי של המוצרים. המשיבה מוכרת אריזות אלו לחברי הקבוצה כחלק ממשקלם הנקי של המוצרים, תוך שהיא רומסת ברגל גסה את הוראות הדין. בעניין זה חוק המכר קובע ברורות: "כאשר מחירו של מוצר נקבע לפי משקלו, יש לקבוע את המחיר על פי משקלו הנקי של המוצר, ללא האריזה". מן הממצאים שלפני שוכנעתי כי המשיבה לא הפעילה משקל חכם שתכליתו למנוע גביית יתר בגין מחיר האריזה ופעלה בחוסר תום לב תוך ניסיון הסתרת פעולותיה מחברי הקבוצה ומבית המשפט.לא בכדי, במקרא צוינה החובה לפעול ביושר ובניקיון כפיים. חז"ל ידעו את נפש האדם וטבעו ולפיכך הורו "אבני צדק מאזני צדק, איפת צדק ובין צדק תעשה לך".
חובה זו, ביתר שאת מעוגנת בחוק המכר ובהראות הדין והופרה על ידי המשיבה"...

 קישורים חיצוניים 

 הסבר על פעולתם של "מאזני אמבטיה" (אנגלית)
  המאזניים הכבדות בעולם


קטגוריה:מכשירי מדידה
קטגוריה:כלי מעבדה