08-09-2025-Mechanical Measurements - Force Measurements [EN]-[IT]

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ENGLISH

08-09-2025-Mechanical Measurements - Force Measurements [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic in question.
(lesson/article code: EX_37)

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Introduction
Forces are vector quantities and describe the interaction between bodies.
Being able to describe them, that is, identify their characteristics, is essential when we want to control processes, carry out design, or perform quality control.
Recall that the formula for the force of weight is associated with a gravitational field and is as follows:

The units of measurement are as follows.

Various methods are used to measure forces. These methods, in turn, can be divided into two broad categories: direct methods and indirect methods.**

Direct Methods

Image created with artificial intelligence, Microsoft Copilot software

Direct methods are those in which measurements are taken using instruments that react directly to the applied force.
This category includes instruments such as dynamometers, load cells, and scales.

Indirect Methods

Image created with artificial intelligence, Microsoft Copilot software used

Indirect methods for measuring forces rely on secondary effects caused by force.
This category includes instruments such as accelerometers, strain gauges, and vibration analysis instruments.
Individual Methods for Force Measurements
Below, I will attempt to describe some methods for measuring force with various instruments.

Direct method with load cells

To measure force, we can use force transducers, which are systems that convert force into a change in electrical quantity. The technology used for these instruments involves strain gauges glued to an elastic body.
The advantage of a load cell is its good precision, rapid response, and strong compatibility with digital systems.
Load cells are typically used in electronic scales, used to perform mechanical tests, and used in plant engineering and robotics.

Mechanical Balance Method
The mechanical balance works on the principle of balancing the force to be measured with a known force, namely the weight of an object. Mechanical balances include spring and beam balances.
They have limitations, as they have limited sensitivity and are poorly suited to dynamic measurements. However, they have the advantage of being simple and do not require a power supply.

Dynamometer

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A dynamometer is an instrument that can be either mechanical or electronic. In mechanical models, the heart is a spring; in electronic models, the heart is a strain sensor.
Mechanical dynamometer
It is a helical spring device connected to a hook and a graduated scale. When a force is applied to the device, the spring stretches proportionally to the force according to Hooke's law (F=k*Δx). The graduated scale usually translates the stretch in Newtons.

Electronic dynamometer
The electronic dynamometer contains a load cell with strain gauges. In terms of operation, the applied force causes a macroscopic deformation of the elastic body. The deformation is detected by the strain gauges and reported as a change in electrical resistance. A circuit converts the signal into a numerical value displayed on the display.

Conclusions
The fundamental methods for describing forces are based on instruments that directly detect the effect of the force on the body, and the choice of measurement method depends on several factors, such as the type of force, the measurement environment, the required precision, and the interaction with other phenomena.

Question
When we talk about measuring force, there's a key figure. Did you know it's none other than Isaac Newton (1643–1727)? Did you know that when we talk about measuring force, everything starts with Newton's Second Law (F = m a)? Did you know that the relationship F = m a is the basis of almost all modern methods of measuring force?

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ITALIAN

08-09-2025-Misure meccaniche - Misure di forza [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_37)

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione
Le forze sono grandezze vettoriali e descrivono l’interazione tra corpi.
Saperle descrivere, cioè individuare le loro caratteristiche, è fondamentale quando vogliamo controllare dei processi, eseguire della progettazione oppure fare dei controlli qualità.
Ricordiamo che la formula della forza peso è associata ad un campo gravitazionale ed è la seguente:

Le unità di misura sono le seguenti.

Per poterle misurare le forze si utilizzano diversi metodi. Questi metodi a sua volta possiamo distinguerli in due grandi categorie, metodi diretti e metodi indiretti.

Metodi diretti

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

I metodi diretti sono quelli in cui, per effettuare le misurazioni, si usano strumenti che reagiscono direttamente alla forza applicata.
Fanno parte di questa categoria strumenti come: i dinamometri, le celle di carico, le bilance.

Metodi indiretti

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I metodi indiretti relativi alla misurazione delle forze si basano su effetti secondari causati dalla forza.
Fanno parte di questa categoria strumenti come: gli accelerometri, gli estensimetri e strumenti per analisi vibrazionali.
I singoli metodi per le misure di forza
Qui di seguito provo a descrivere alcuni metodi di misurazione di una forza con vari strumenti.

Metodo diretto con celle di carico

Per misurare la forza possiamo usare dei trasduttori di forza, ovvero un sistema che converte la forza in una variazione di grandezza elettrica. La tecnologia che viene usata per questi strumenti è quella di usare degli estensimetri incollati su un corpo elastico.
Il vantaggio di una cella di carico è che ha una buona precisione, una risposta rapida e una forte compatibilità con i sistemi digitali.
Le celle di carico solitamente vengono usate nelle bilance elettroniche, impiegate per eseguire prove meccaniche e inserite nell’ambito dell’impiantistica e della robotica.

Metodo con bilancia meccanica
La bilancia meccanica funziona con il principio di trovare un equilibrio tra la forza da misurare e una forza nota, cioè il peso di un oggetto. Le bilance meccaniche sono le bilance a molla e a bracci.
Esse hanno dei limiti in quanto hanno una sensibilità ridotta e sono poco adatte a misure dinamiche, però hanno il vantaggio che sono semplici e non richiedono un'alimentazione elettrica.

Dinamometro

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Il dinamometro è uno strumento che può essere sia meccanico che elettronico. Nei modelli meccanici il cuore è una molla, nei modelli elettronici il cuore è un sensore di deformazione.
Dinamometro meccanico
Esso è un dispositivo a molla elicoidale collegato ad un gancio e ad una scala graduata. Quando viene applicata una forza al dispositivo la molla si allunga proporzionalmente alla forza secondo la legge di Hooke (F=k*Δx). Solitamente la scala graduata traduce l’allungamento in Newton.

Dinamometro elettronico
Il dinamometro elettronico contiene una cella di carico con estensimetri. Per quanto riguarda il funzionamento la forza applicata provoca una deformazione macroscopica del corpo elastico. La deformazione viene rilevata dagli estensimetri e viene riportata come variazione di resistenza elettrica. Un circuito converte il segnale in un valore numerico visualizzato sul display.

Conclusioni
I metodi fondamentali per descrivere le forze si basano su strumenti che rilevano direttamente l’effetto della forza sul corpo e la scelta del metodo da utilizzare per effettuare la misurazione dipende da diversi fattori come: il tipo di forza, l’ambiente di misura, la precisione richiesta e l'interazione con altri fenomeni.

Domanda
Quando parliamo di misure di forza c'è una figura di riferimento, sapevate che è proprio Isaac Newton (1643-1727)? Sapevate che quando parliamo di misure di forza tutto parte dalla Seconda legge di Newton (F = m·a)? Sapevate che la relazione F = m·a è alla base di quasi tutti i metodi moderni di misura della forza?

THE END