مفهوم التوازن الميكانيكي:
يتكون التوازن الميكانيكي بشكل أساسي من شعاع صلب يتأرجح على حافة السكين المركزية الأفقية كنقطة ارتكاز، وله حواف السكين الطرفية متوازية ومتساوية المسافة من المركز، إذ يتم دعم الأحمال المراد وزنها على أحواض معلقة من المحامل.
للحصول على أفضل تصميم توجد حافتان إضافيتان أو أكثر من حواف السكين بين المحمل النهائي والوعاء، أحدهما لمنع إمالة المستوى والآخر لإصلاح مركز الحمل عند نقطة معينة على حافة السكين الطرفية، إذ تمنع آلية الإيقاف الضرر أثناء التحميل عن طريق فصل حواف السكين عن محاملها، كما يمكن الإشارة إلى انحراف الميزان بمؤشر متصل بالحزمة ويمر عبر مقياس متدرج أو بالانعكاس من مرآة على الحزمة إلى مقياس بعيد.
الميزان: هو أداة لمقارنة أوزان جسمين عادة للأغراض العلمية، ويستخدم لتحديد الفرق في الكتلة (أو الوزن)، ويعود اختراع توازن الذراع المتساوية إلى زمن قدماء المصريين على الأقل، وربما يعود تاريخه إلى 5000 قبل الميلاد، إذ أنه في الأنواع الأولى كان العارضة مدعومة في المنتصف، وكانت الأحواض معلقة من النهايات بواسطة حبال.
كان التحسن اللاحق في التصميم هو استخدام دبوس من خلال مركز العارضة للمحمل المركزي، والذي أدخله الرومان حول وقت المسيح، حيث أدى اختراع حواف السكين في القرن الثامن عشر إلى تطوير التوازن الميكانيكي الحديث وبحلول نهاية القرن التاسع عشر، تطور الميزان في أوروبا ليصبح أحد أكثر أنواع أجهزة القياس دقة في العالم، ففي القرن العشرين تم تطوير الموازين الإلكترونية، اعتمادًا على التعويض الكهربائي بدلاً من الانحراف الميكانيكي.
تُعرف الطريقة الأكثر وضوحًا لاستخدام الميزان باسم الوزن المباشر، حيث توضع المادة المراد وزنها على وعاء واحد، مع وجود أوزان معروفة كافية على المقلاة الأخرى، بحيث تكون الحزمة في حالة توازن إذ يشير الفرق بين قراءة الصفر والقراءة مع المقالي المحملة إلى الفرق بين الأحمال في تقسيمات الميزان.
يتطلب مثل هذا الوزن المباشر أن تكون الذراعين متساويتين في الطول، وعندما يكون الخطأ الناتج عن أذرع غير متساوية أكبر من الدقة المطلوبة، يمكن استخدام طريقة استبدال الوزن، بحيث في هذه الطريقة، يتم إضافة أوزان موازنة إلى وعاء واحد لموازنة الحمل غير المعروف على الآخر بعد ذلك، يتم استبدال الأوزان المعروفة بالحمل غير المعروف، وتتطلب هذه الطريقة فقط أن يحافظ ذراعا العارضة على نفس الأطوال أثناء الوزن، أي تأثير لعدم المساواة هو نفسه لكل من الأحمال وبالتالي يتم استبعاده
استخدام الموازين الفائقة:
تم إنشاء موازين كوارتز دقيقة بسعة أقل من جرام بموثوقية أكبر بكثير مما يتم العثور عليه عادةً مع موازين صغيرة من نوع الفحص، لها شعاع معدني بثلاثة حواف سكين، وتستخدم الموازين الدقيقة بشكل أساسي لتحديد كثافات الغازات، خاصة الغازات التي يمكن الحصول عليها بكميات صغيرة فقط، بحيث عادة ما يعمل الميزان في غرفة مانعة لتسرب الغاز، ويقاس التغير في الوزن بالتغير في صافي قوة الطفو على الميزان بسبب الغاز الذي يتم تعليق الميزان فيه، ويتم تعديل ضغط الغاز وقياسه بواسطة مقياس ضغط زئبقي متصل بعلبة التوازن
الموازنة الفائقة: هو أي جهاز وزن يعمل على تحديد وزن العينات الأصغر ،مما يمكن وزنه باستخدام الميزان الدقيق، بحيث أن أي المقادير الإجمالية صغيرة مثل ميكروجرام واحد أو بضعة ميكروغرام، وتشمل المبادئ التي تم بناء الموازين الفائقة عليها بنجاح المرونة في العناصر الهيكلية، والإزاحة في السوائل، الموازنة عن طريق المجالات الكهربائية والمغناطيسية وتوليفات من هذه.
تم قياس التأثيرات الناتجة عن الكتل الدقيقة التي يتم وزنها بواسطة طرق الإشعاع الضوئي والكهربائي والنووي؛ بهدف تحديد حالات الإزاحة والقياسات الضوئية والكهربائية للقوى المستخدمة؛ لاستعادة الإزاحة الناتجة عن العينة التي يتم وزنها، إذ اعتمد نجاح الموازين التقليدية في العصر الحديث على الخصائص المرنة لبعض المواد المناسبة وخاصة ألياف الكوارتز، التي تتمتع بقوة ومرونة كبيرة ومستقلة نسبيًا عن تأثيرات درجة الحرارة والتباطؤ والانحناء غير المرن.
استندت الموازين الفائقة الأكثر نجاحًا وعمليةً إلى مبدأ موازنة الحمل، وذلك عن طريق تطبيق عزم الدوران على ألياف الكوارتز، حيث يستخدم أحد التصميمات البسيطة أليافًا صلبة كحزمة أفقية، مدعومة في مركزها بألياف التواء تكون أفقية ممتدة ومختومة بزوايا قائمة، وعلى كل طرف من طرفي العارضة يتم تعليق وعاء أحدهما يوازن الآخر.
تتم استعادة انحراف الحزمة الناتج عن إضافة العينة إلى وعاء واحد، وذلك عن طريق تدوير نهاية ألياف الالتواء حتى تعود الحزمة مرة أخرى إلى وضعها الأفقي، كما يمكن تطبيق النطاق الكامل للالتواء في الألياف المعلقة على قياس يضاف الحمل إلى مقلاة واحدة، وتتم قراءة مقدار الالتواء اللازم للاستعادة عن طريق قرص متصل بنهاية ألياف الالتواء.
يتم الحصول على الوزن بمعايرة الميزان مقابل الأوزان المعروفة وقراءة القيمة من مخطط المعايرة للوزن مقابل الالتواء، وذلك على عكس موازين الإزاحة المباشرة التي تعتمد فقط على مرونة الأعضاء الهيكلية، فإن توازن الالتواء يسمح للجاذبية بموازنة أكبر مكون للحمل أي المقالي، وينتج عنه زيادة كبيرة في سعة الحمولة.
كانت الموازين في أواخر القرن العشرين عادةً إلكترونية وأكثر دقة بكثير من الموازين الميكانيكية، حيث قام ماسح ضوئي بقياس إزاحة المقلاة التي تحمل الشيء المراد وزنه، كما أنه تسبب عن طريق مكبر للصوت وربما الكمبيوتر في توليد تيار أعاد المقلاة إلى موضعها الصفري، حيث تمت قراءة القياسات على شاشة رقمية أو نسخة مطبوعة، حيث إنها لا تقيس أنظمة الوزن الإلكترونية الكتلة الإجمالية فحسب، بل قد تحدد أيضًا خصائص مثل متوسط الوزن ومحتوى الرطوبة.
ميزان الالتواء:
هو جهاز يستخدم لقياس تسارع الجاذبية على سطح الأرض، بحيث الأجهزة الأخرى التي تستخدم طرقًا مختلفة للحصول على نفس النتيجة هي البندول ومقاييس الجاذبية، ويتكون توازن الالتواء بشكل أساسي من كتلتين صغيرتين على ارتفاعات مختلفة، بحيث يتم دعمهما عند طرفي نقيض من الحزمة، حيث يتم تعليق الاخير من سلك يخضع للالتواء؛ وذلك لان الكتل تتأثر بشكل مختلف بقوة الجاذبية.
يشير مصطلح توازن الالتواء أيضًا إلى جهاز يستخدم في الوزن، وهو ميزان ذراع متساوي يستخدم أشرطة فولاذية أفقية بدلاً من المحاور والمحامل.
عندما يكون السلك ملتويًا، يشير النظام البصري إلى الانحراف الزاوي (θ)، ويمكن حساب عزم الدوران (T) أو قوة الالتواء، من التعبير البسيط( T = kθ)، حيث k هو ثابت يعتمد على خصائص الصك.
مقدار العزم بدوره يرتبط بقوة الجاذبية عند نقطة المراقبة، إذ ابتكر الفيزيائي المجري لورانت فون إيوتفوس (Lóránt von Eötvös) في عام 1902 توازن الالتواء، حيث ساهم العديد من العلماء في إجراء تعديلات على الأداة الأساسية.
