Praktyczna konfiguracja do pomiaru prędkości kątowej

Mam bączek od kanadyjskiego producenta i jestem głęboko zaskoczony tym, jak starannie się kręci.

Moje zainteresowanie fizyką sprawiło, że próbowałem dowiedzieć się, z jaką maksymalną prędkością mogę obrócić blat i jak to porównać do innych blatów wykonanych z innych materiałów i innych kształtów.

Przykleiłem do niego małą naklejkę i nagrałem ją aparatem mojego telefonu, ale szybkość klatek jest zdecydowanie zbyt wolna, aby móc zliczyć liczbę obrotów w czasie.

Nie mam dostępu do specjalistycznego sprzętu, ale mogę mierzyć lub przybliżać objętość, masę, gęstość, temperaturę i prawdopodobnie także moment bezwładności. Jak zmierzyć prędkość kątową wierzchołka?

Istnieje kilka sposobów.

Najbardziej bezpośrednie jest pomalowanie połowy górnej białej, a drugiej czarnej, a następnie skierowanie czegoś za pomocą czujnika światła. Prąd przemienny nieznacznie wzmacnia moc wyjściową, a następnie określa częstotliwość. Może to być celowy licznik częstotliwości, zakres wyświetlający częstotliwość bezpośrednio lub mikrokontroler, który programujesz, aby znaleźć okres i ostatecznie pokazać częstotliwość.

Metoda „z półki” nazywa się stroboskopem . Nie jest to bezpośredni pomiar częstotliwości, ale mimo to może działać całkiem dobrze. Jest to stroboskop, który miga ze skalibrowaną częstotliwością, którą można dostosować. Dostosowujesz miganie stobe, aby pojawiało się „zamrożenie” obracającego się blatu, a następnie sprawdzasz, na jakiej częstotliwości jest ustawiony stroboskop.

Jeszcze inny sposób, aby umieścić górę na czymś sprzężonym z mikrofonem. Nieuchronnie wystąpi nierównowaga, która spowoduje wibracje przy częstotliwości obrotowej. Można to wzmocnić, a częstotliwość określić jako sygnał świetlny w pierwszej sugestii.

Jeśli potrafisz namagnesować wirującą rzecz, możesz użyć przetwornika magnetycznego, aby uzyskać podobny sygnał, niż wytwarzałby czujnik światła lub mikrofon.

Prawdopodobnie najłatwiejszym praktycznym sposobem pomiaru częstotliwości obracającego się blatu za pomocą codziennego sprzętu jest analiza dźwięku wytwarzanego przez ruch i poszukiwanie częstotliwości charakterystycznej. Można to zrobić za pomocą aplikacji do analizy widma, która powinna być dostępna bezpłatnie dla większości smartfonów.

Umieść bączek blisko mikrofonu telefonu i nagraj dźwięk za pomocą aplikacji do analizy widma. Powinieneś zobaczyć kilka szczytów w widmie częstotliwości, które powoli przesuwają się w kierunku niższych częstotliwości, podczas gdy góra obraca się w dół. Najniższa powinna być częstotliwość rotacji, a pozostałe to harmoniczne przy wielokrotnościach całkowitych.

Aby uzyskać wyraźny sygnał, potrzebujesz góry, aby uzyskać mierzalny dźwięk. Pomocne może być umieszczenie go na pustym rezonatorze. Ponadto, jeśli górna część obraca się na powierzchni, która ma pewną szorstkość, znacznie poprawi to dźwięk, ale może to zakłócić to, co chcesz zmierzyć.

Zdjęcie pokazuje szybki test, który właśnie wykonałem. Użyłem aplikacji iPhone'a o nazwie „Spectrum Analyzer”, która ma ładny tryb spektrogramu. Jak widać (choć skala jest wprawdzie trudna do odczytania), mój top stworzył dźwięk, którego składnik o najniższej częstotliwości zaczynał się nieco powyżej 100 Hz. Tak więc prędkość kątowa wynosiła około 600 rad / s.

Możesz użyć koła wozu lub efektu stroboskopowego i policzyć, ile razy postrzegany obrót odwrócił kierunek, aż się zatrzyma.

Pozwala to uzyskać RPM bez kamery super slow motion.

Wyobrażam sobie, że fajna, surowa formuła może pomóc . Jeśli więc prędkość wirowania jest dla ciebie za duża, prędkość precesji będzie odwrotnie proporcjonalna i bardzo wolna. Tutaj możesz zobaczyć wpływ materiału przez jego masę, ale musisz także przybliżyć moment bezwładności, a także prostopadłą odległość między osią obrotu i osią precesji$T_p = 4\pi^2 I / mgrT_s$

Odpowiedzią może być zdobycie szybkiego światła stroboskopowego LED. To, jak będzie to łatwe / kosztowne, zależy od prędkości kątowej, z jaką masz do czynienia. Istnieją nawet niektóre aplikacje telefoniczne, które będą działać z umiarkowanymi prędkościami.

Dostosowujesz prędkość stroboskopu, aby znak na bączku wyglądał nieruchomo. Będzie to jednak trudne, ponieważ prędkość nie będzie stała.