Innholdsfortegnelse:
2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-13 06:58
I INSTRUKTABLE "Solar Panel as a Shadow Tracker" ble det presentert en eksperimentell metode for å bestemme hastigheten på et objekt fra projeksjonen av dets skygge på et solcellepanel. Er det mulig å bruke en variant av denne metoden for å studere roterende objekter? Ja det er mulig. Deretter vil et enkelt eksperimentelt apparat bli presentert som vil gjøre det mulig å måle perioden og frekvensen av rotasjon av et objekt. Dette eksperimentelle apparatet kan brukes under studiet av emnet "Physics: Classical Mechanics", spesielt under studiet av emnet "Rotasjon av stive objekter". Det er potensielt nyttig for studenter og studenter under eksperimentelle demonstrasjoner eller laboratorietimer.
Trinn 1: Noen teoretiske notater
Når et fast objekt roterer rundt en akse, beskriver dets deler omkretser som er konsentriske for aksen. Tiden det tar for en av disse partene å fullføre omkretsen kalles rotasjonsperioden. Periode og frekvens er gjensidige størrelser. I det internasjonale enhetssystemet er perioden angitt i sekunder og frekvensen i Hertz (Hz). Noen instrumenter for å måle rotasjonsfrekvensen gir verdiene i Omdreininger per minutt (rpm). For å konvertere fra Hz til o / min, multipliserer du bare verdien med 60, og du får omdreiningstallet.
Trinn 2: Materialer og instrumenter
• Lite solcellepanel (100 mm * 28 mm)
• LED -lommelykt
• Reflekterende teip
• Svart elektrisk tape
• Elektrisk kabel
• Kabelbindere
• Varm silikonpistol
• Loddejern og tinn
• Tre trebiter (45 mm * 20 mm * 10 mm)
• Digitalt oscilloskop med sonde
• Roterende objekt du vil måle rotasjonsfrekvensen til
Trinn 3: Driftsprinsipp
Når lys treffer et objekt, absorberes en del og en annen reflekteres. Avhengig av egenskapene til overflaten og fargen på objektet, kan det reflekterte lyset være mer eller mindre intens. Hvis egenskapene til en del av overflaten endres vilkårlig, la oss si ved å male den eller ved å feste den til et sølv eller svart tape, kan vi med vilje forårsake en endring i intensiteten til lyset som reflekteres i det området. Her ville vi ikke gjøre en "SHADOW TRACKING", men vi ville forårsake en endring i egenskapene til den reflekterte belysningen. Hvis et objekt under rotering blir belyst av en lyskilde og et solcellepanel er riktig plassert, slik at en del av det reflekterte lyset faller på det, må det vises en spenning ved terminalene. Denne spenningen har et direkte forhold til lysintensiteten den mottar. Hvis vi endrer overflaten, endres intensiteten til det reflekterte lyset og med det spenningen til panelet. Dette panelet kan kobles til et oscilloskop og identifisere variasjoner i spenning med hensyn til tid. Hvis vi kan identifisere en sammenhengende og repeterende endring i kurven, måle tiden det tar å gjenta seg selv, ville vi bestemme rotasjonsperioden og med den, rotasjonsfrekvensen indirekte hvis vi beregner den. Noen oscilloskoper er i stand til å automatisk beregne disse verdiene, men fra undervisningens synspunkt er det produktivt for elevene å beregne det. For å forenkle denne eksperimentelle aktiviteten kunne vi i utgangspunktet bruke objekter som roterer med konstant o / min og fortrinnsvis symmetrisk i forhold til rotasjonsaksen.
Oppsummering:
1. Et objekt som roterer kontinuerlig reflekterer lyset som faller på det.
2. Intensiteten til lyset som reflekteres av det roterende objektet avhenger av fargen og egenskapene til overflaten.
3. Spenningen som vises på solcellepanelet avhenger av intensiteten til det reflekterte lyset.
4. Hvis egenskapene til en del av overflaten med vilje endres, vil lysstyrken til lyset som reflekteres i den delen også endres og spenningen i solcellepanelet med seg.
5. Objektets periode under rotasjon kan bestemmes ved å måle tiden som går mellom to punkter med identiske verdier for spenning og oppførsel ved hjelp av et oscilloskop.
Trinn 4: Design, konstruksjon og utførelse av eksperimentet
1. Lodd to elektriske ledere til solcellepanelet. 2. Dekk de elektriske kontaktene på panelet med varm silikon for å unngå kortslutning.
3. Bygg trestøtten ved å feste med varm silikon eller et annet lim de tre trebitene som vist på bildet.
4. Fest solcellepanelet til trestøtten med varm silikon som vist på bildet.
5. Fest lykten til trestøtten som vist på bildet og fest den med plastbånd.
6. Fest de elektriske lederne til panelet med en annen flens til trestøtten.
7. Lim inn objektet du vil studere et bånd med svart tape og deretter et sølvbånd som sett på bildet.
8. Start rotasjonen av objektet du vil studere.
9. Koble oscilloskopproben riktig til solcellepanelets ledere.
10. Sett opp oscilloskopet riktig. I mitt tilfelle var spenningsinndelingene 500mv og tidsdelene 25ms (det vil avhenge av objektets rotasjonshastighet).
11. Plasser forsøksapparatet du nettopp har satt sammen i en posisjon der lysstrålene reflekteres på overflaten som roterer og treffer solcellepanelet (hjelp deg selv fra det du ser i oscilloskopet for å få en kurve med mer markante endringer).
12. Hold forsøksapparatet festet i riktig posisjon i noen sekunder for å se om resultatene av kurven forblir konstante.
13. Stopp oscilloskopet og analyser kurven for å finne ut hvilke posisjoner som tilsvarer den svarte tapen og hvilke til sølvbåndet. I mitt tilfelle, siden den elektriske motoren som jeg studerte var gylden, ble endringene forårsaket av båndet mer merkbare.
14. Bruk oscilloskopmarkørene til å måle tiden som gikk mellom punktene med faselikhet, først for tapen og deretter for sølvbåndet og sammenligne dem (de må være de samme).
15. Hvis oscilloskopet ikke automatisk beregner det inverse av perioden (frekvensen), gjør du det. Du kan multiplisere den forrige verdien med 60 og dermed få turtallet.
16. Hvis du har verdien kv eller omdreininger per volt (i tilfelle det er en motor som tilbyr disse egenskapene) multipliser verdien kv med inngangsspenningen, sammenlign resultatet med det du fikk under eksperimentet og kom til konklusjoner.
Trinn 5: Noen sluttnotater og anbefalinger
- Det er praktisk å først sjekke kalibreringsstatusen til oscilloskopet for å oppnå pålitelige resultater (bruk kalibreringssignalet fra oscilloskopet, som vanligvis er 1 kHz).
- Juster oscilloskopproben riktig. Du bør se rektangulære pulser som ikke deformeres hvis du bruker signalet som genereres av oscilloskopet selv (se bildet).
- Undersøk den elektriske responstiden med produsenten av solcellepanelet (datablad). I mitt tilfelle var den mye lavere enn rotasjonsperioden til den elektriske motoren jeg studerte, så jeg vurderte ikke dens innflytelse på målingene jeg gjorde.
- Sammenlign resultatene oppnådd med denne metoden med de som er oppnådd med et kommersielt instrument, og vurder fordeler og ulemper med begge.
Som alltid vil jeg være oppmerksom på dine forslag, kommentarer og spørsmål. Lykke til og fortsett med mine kommende prosjekter!
Runner Up i Classroom Science Contest