SONAR PANEL AS SHADOW TRACKER: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

قدر اساسی که در فیزیک و سایر علوم برای توصیف حرکت مکانیکی استفاده می شود سرعت است. اندازه گیری آن در کلاسهای تجربی یک فعالیت مکرر بوده است. من معمولاً از یک دوربین فیلمبرداری و نرم افزار TRACKER برای مطالعه حرکت اجسام خاص با دانش آموزانم استفاده می کنم. یکی از مشکلاتی که ما تجربه کرده ایم این است: اجسامی که با سرعت نسبتاً زیاد حرکت می کنند در قاب های ویدئویی تار به نظر می رسند ، که عدم قطعیت در اندازه گیری های انجام شده با نرم افزار را نشان می دهد. متداول ترین روشها و ابزارها برای مطالعه اجسام با سرعت نسبتاً بالا بر اساس اثر DOPPLER و سنسورهای نوری همراه با کرونوگراف است.

در دستورالعمل حاضر ، من از یک روش تجربی جایگزین برای اندازه گیری سرعت متوسط یک جسم با استفاده از یک صفحه خورشیدی و یک اسیلوسکوپ استفاده می کنم. در درسهای آزمایشگاهی موضوع فیزیک (مکانیک کلاسیک) ، به ویژه در موضوع: سینماتیک حرکت مکانیکی ترجمه قابل استفاده است. روش پیشنهادی و کاربرد آزمایشی آن برای سایر کارهای تجربی در رشته فیزیک برای فارغ التحصیلان و فارغ التحصیلان کاربرد دارد. شاید در دوره های علوم دیگر که این مطالب مورد مطالعه قرار می گیرد نیز استفاده شود.

اگر می خواهید مبانی نظری را کوتاه کنید و مستقیماً به ساخت دستگاه آزمایشگاهی ، نحوه انجام اندازه گیری ها ، مواد مورد نیاز و تصاویر طراحی من بروید ، لطفاً مستقیماً به مرحله 6 بروید.

مرحله 1: برخی از نظریه ها:

"سرعت" به عنوان مسافت طی شده توسط یک جسم در یک بازه زمانی مشخص شناخته می شود. سرعت کمیت مقیاس پذیر است ، یعنی اندازه بردار سرعت که جهت حرکت موقعیت را نیز نیاز دارد. ما در این دستورالعمل برای اندازه گیری سرعت صحبت می کنیم ، اما ما واقعاً سرعت متوسط را اندازه گیری می کنیم.

مرحله 2: اندازه گیری سرعت با پنل خورشیدی؟

صفحات خورشیدی دستگاه هایی هستند که تحت اصل اثر فوتوالکتریک عمل می کنند و وظیفه اصلی آنها گردش جریان الکتریکی در مدارهایی است که در آنها استفاده می شود. به عنوان مثال ، پنل های خورشیدی برای کار با انواع خاصی از ساعت ها ، شارژ انواع مختلف باتری ها ، همچنین در سیستم های تولید AC برای شبکه عمومی و در خانه ها استفاده می شوند. برنامه های کاربردی زیادی وجود دارد ، قیمت آن در بازار به طور فزاینده ای جذاب است و به توسعه پایدار کمک می کند که بسیار عالی است.

با توجه به پیشرفت این فناوری ، ما آن را در بسیاری از دستگاه ها پیدا می کنیم ، به عنوان مثال ، دستگاهی که به شما نشان می دهم از یک چراغ قوه ارزان قیمت که ذخیره کردم و اکنون کاربرد جدیدی دارد ، استخراج شده است.

اصل اساسی است. هنگامی که یک چراغ بر روی یک تابلو تابیده می شود ، باعث تفاوت در توان الکتریکی (ولتاژ) در پایانه های آن می شود. هنگامی که یک ولت متر متصل است ، این به راحتی قابل بررسی است. این تفاوت در پتانسیل مسئول گردش جریان الکتریکی در هنگام اتصال یک دستگاه مصرف کننده ، به عنوان مثال ، یک مقاومت الکتریکی است. بسته به "امپدانس" مدار و ویژگی های پنل ، جریان کم وبیش به گردش در می آید. در ارتباط با این جریان ، هنگامی که مصرف کننده وصل شده است ، افت ولتاژ در پایانه های پنل خورشیدی تجربه می شود ، اما اگر امپدانس ثابت بماند ، ولتاژ نیز تا زمانی که ویژگی های روشنایی نیز ثابت است ، ثابت نگه داشته می شود. ولت مترها عموماً امپدانس بالایی دارند بنابراین بر ولتاژ اندازه گیری شده با آنها تأثیر بسیار کمی می گذارند. اما اگر روشنایی تغییر کند چه اتفاقی می افتد؟ ولتاژ نیز تغییر می کند و این متغیری است که ما از آن استفاده می کنیم.

به طور خلاصه:

• یک صفحه خورشیدی هنگام روشن شدن ولتاژ روی پایانه های خود را نشان می دهد که با ولت متر قابل اندازه گیری است.

• اگر امپدانس مدار و ویژگی های روشنایی ثابت نگه داشته شوند ولتاژ تغییر نمی کند (برای ایجاد اثر فوتوالکتریک باید در طیف حساس پنل باشد).

• هرگونه تغییر در روشنایی منجر به تغییر ولتاژ می شود ، متغیری که بعداً برای بدست آوردن سرعت اجسام در آزمایش ها مورد استفاده قرار می گیرد.

بر اساس احکام قبلی ایده زیر را می توان فرمول بندی کرد:

سایه پیش بینی شده یک جسم ، حرکت بر روی صفحه خورشیدی باعث کاهش ولتاژ پایانی آن می شود. از زمان لازم برای کاهش می توان برای محاسبه میانگین سرعت حرکت آن جسم استفاده کرد.

مرحله 3: آزمایش اولیه

در ویدیوی قبلی اصولی که ایده قبلی بر اساس آنها ساخته شده است به صورت تجربی نشان داده شده است.

تصویر مدت زمان تغییر ولتاژ را نشان می دهد که توسط یک اسیلوسکوپ ترسیم شده است. با پیکربندی صحیح تابع ماشه می توانید گرافی را بدست آورید که می توانیم زمان سپری شده در طول آن را اندازه گیری کنیم. در تظاهرات ، تغییرات تقریباً 29.60 میلی متر بود.

در واقع ، پیش نویس تخته سیاه در آزمایش یک شیء نقطه ای نیست ، ابعاد دارد. انتهای سمت چپ پاک کن شروع به پرتاب سایه خود بر روی صفحه خورشیدی می کند و در نتیجه شروع به کاهش ولتاژ به حداقل مقدار می کند. هنگامی که پاک کن دور می شود و پانل دوباره شروع به کشف می کند ، افزایش ولتاژ مشاهده می شود. کل زمان اندازه گیری مربوط به زمانی است که طول می کشد تا طرح سایه در کل صفحه حرکت کند. اگر طول جسم را اندازه گیری کنیم (که اگر مراقبت های خاصی انجام دهیم باید برابر سایه سایه آن باشد) ، آن را با طول ناحیه فعال پانل اضافه کرده و آن را بین زمانی که تغییرات ولتاژ به طول انجامید تقسیم می کنیم. سپس میانگین سرعت آن جسم را بدست می آوریم. هنگامی که طول جسم برای اندازه گیری سرعت آن از نظر کمی از ناحیه فعال پانل بیشتر است ، می توان پانل را بدون ایجاد خطای قابل توجه در اندازه گیری ها به عنوان یک شی نقطه ای در نظر گرفت (این بدان معناست که طول آن را به طول جسم اضافه نکنید) به

بیایید محاسباتی انجام دهیم (به عکس مراجعه کنید)

مرحله 4: برای اعمال این روش باید برخی اقدامات احتیاطی را در نظر گرفت

• پنل خورشیدی باید توسط منبع نوری که در طرح آزمایشی ارائه شده است ، روشن شود ، تا آنجا که ممکن است از سایر منابع نوری که بر آن تأثیر می گذارند ، اجتناب شود.

• اشعه های نور باید عمود بر سطح پنل خورشیدی برخورد کنند.

• شیء باید سایه ای با وضوح بالا را نشان دهد.

• سطح پانل و صفحه حاوی جهت حرکت باید موازی باشند.

مرحله 5: یک تمرین معمولی

سرعت سقوط توپ را از ارتفاع 1 متر تعیین کنید ، سرعت اولیه را در نظر بگیرید.

اگر توپ در سقوط آزاد بیفتد بسیار ساده است: عکس را ببینید

در شرایط واقعی مقدار قبلی ممکن است به دلیل عمل اصطکاک با هوا کمتر باشد. بیایید آن را به صورت تجربی تعیین کنیم.

مرحله 6: طراحی ، ساخت و اجرای آزمایش:

• یک لوله پلاستیکی را به قسمت فعال پنل خورشیدی بچسبانید. • اتصالات جدید را به پایانه های پنل خورشیدی لحیم کنید تا از تماس های کاذب اجتناب شود.

• یک پشتیبان برای مجموعه لوله خورشیدی-لوله ایجاد کنید تا بتوان آن را به صورت افقی نگه داشت.

• چراغ قوه یا منبع نوری دیگر را بر روی ساپورت دیگری قرار دهید تا برآمدگی نور ساطع شده عمود بر صفحه خورشیدی برخورد کند.

• با یک مولتی متر بررسی کنید که وقتی یک نور به صفحه خورشیدی برخورد می کند ، مقدار ولتاژ ثابت بیشتر از صفر ثبت می شود.

• مجموعه لوله و لوله خورشیدی را در جلوی فانوس قرار دهید و فاصله بیشتری نسبت به جسمی که می خواهید سرعت آن را اندازه گیری کنید ، باقی بگذارید. سعی کنید منبع نور (چراغ قوه) را تا آنجا که ممکن است از پنل خورشیدی دور نگه دارید. اگر نور فانوس توسط یک led واحد ایجاد شود ، بهتر است.

• از مرکز پنل خورشیدی و به سمت بالا یک متر اندازه گیری کرده و آن را در میله ، دیوار یا موارد مشابه علامت گذاری کنید.

• پروب اسیلوسکوپ را با رعایت قطبیت به پایانه های پنل خورشیدی وصل کنید.

• گزینه TRIGGER را به درستی روی اسیلوسکوپ تنظیم کنید ، به طوری که تمام تغییرات ولتاژ را می توان در طول عبور از سایه روی صفحه ثبت کرد. در مورد من تقسیم زمان در 5ms و تقسیم ولتاژ در مقیاس 500mv بود. خط صفر ولتاژ باید به سمت پایین تنظیم شود تا همه تغییرات متناسب باشد. آستانه ماشه دقیقاً زیر ولتاژ ثابت اولیه قرار گرفت.

• طول جسم و ناحیه فعال پانل را اندازه گیری کرده ، آنها را اضافه کرده و برای محاسبه سرعت یادداشت کنید.

• بدن را از ارتفاع 1 متری رها کنید تا سایه آن پرتوی نوری را که توسط فانوس نشان داده می شود قطع کند.

• زمان تغییر ولتاژ را با نشانگرهای اسیلوسکوپ در مقیاس زمانی اندازه گیری کنید.

• مجموع طول های قبلی را بین زمان اندازه گیری شده در اسیلوسکوپ تقسیم کنید.

• ارزش را با محاسبات نظری مقایسه کرده و به نتیجه برسید (عوامل احتمالی که خطاها را در اندازه گیری وارد می کنند در نظر بگیرید).

نتایج بدست آمده: تصویر را ببینید

مرحله 7: برخی از نکات آزمایش:

• به نظر می رسد نتایج بدست آمده مطابق با نظریه صحیح باشد.

• شیء انتخاب شده برای این آزمایش ایده آل نیست ، من قصد دارم آن را با دیگران تکرار کنم که می توانند سایه ای بهتر تعریف کرده و متقارن باشند تا از چرخش های احتمالی در هنگام پاییز جلوگیری شود.

• ایده آل بود که لوله پانل و فانوس را روی میزهای جداگانه قرار دهید و فضای خالی را به پایین بگذارید.

• آزمایش باید چندین بار تکرار شود ، سعی شود علل احتمالی خطاها در اندازه گیری ها کنترل شود و از روش های آماری برای به دست آوردن نتایج مطمئن تر استفاده شود.

پیشنهادات مواد و ابزار برای این پروژه: اگرچه معتقدم هر اسیلوسکوپ دیجیتالی ، منبع نور و پنل خورشیدی می تواند کار کند ، در اینجا مواردی است که من استفاده می کنم.

اسکیلوسکوپ ATTEN

صفحه خورشیدی

مشعل

همه مواد و ابزار مورد استفاده در پروژه های من را می توان از طریق Ebay خریداری کرد. اگر روی پیوند زیر کلیک کنید و خرید کنید ، می توانید کمیسیون کمی دریافت کنید.

EBAY.com

منتظر نظرات ، سوالات و پیشنهادات شما هستم.

از شما متشکرم و پروژه های بعدی من را دنبال کنید.