SOLPANEEL AS 'N SKADUWERKENNER: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

'N Fundamentele omvang wat in die fisika en ander wetenskappe gebruik word om meganiese beweging te beskryf, is spoed. Die meting daarvan was 'n herhalende aktiwiteit in eksperimentele klasse. Ek gebruik gewoonlik 'n videokamera en TRACKER -sagteware om die beweging van sekere voorwerpe saam met my studente te bestudeer. Een van die probleme wat ons ondervind het, is: voorwerpe wat teen relatief hoë snelhede beweeg, lyk vervaag in die videorame, wat onsekerhede in die metings met die sagteware veroorsaak. Die mees algemene metodes en instrumente vir die bestudering van voorwerpe teen 'n relatief hoë snelheid is gebaseer op DOPPLER -effek en optiese sensors tesame met chronograaf.

In die huidige INSTRUCTABLE benader ek 'n alternatiewe eksperimentele metode om die gemiddelde snelheid van 'n voorwerp te meet met behulp van 'n sonpaneel en 'n ossilloskoop. Dit is van toepassing op die laboratoriumlesse van die vak Fisika (klassieke meganika), veral in die onderwerp: Kinematika van die meganiese beweging van vertaling. Die voorgestelde metode en die eksperimentele toepassing daarvan is kragtig van toepassing op ander eksperimentele take binne die fisika-dissipline vir nie-gegradueerdes en gegradueerdes. Dit kan ook gebruik word in ander wetenskapskursusse waar hierdie inhoud bestudeer word.

As u die teoretiese fondamente wil verkort en direk na die konstruksie van die eksperimentele apparaat wil gaan, hoe u die metings, die benodigde materiale en die beelde van my ontwerp moet uitvoer, gaan dan direk na stap 6.

Stap 1: 'n Paar teorieë:

Die "spoed" staan bekend as die afstand wat 'n voorwerp in 'n sekere tydsinterval afgelê het. Spoed is die skalaarhoeveelheid, dit is die grootte van die snelheidsvektor wat ook die rigting vereis waarin posisieveranderinge plaasvind. Ons sal in hierdie INSTRUCTABLE praat om spoed te meet, maar ons sal regtig die gemiddelde snelheid meet.

Stap 2: Meet snelheid met 'n sonpaneel?

Sonpanele is toestelle wat werk onder die beginsel van die foto -elektriese effek en waarvan die belangrikste funksie is om 'n elektriese stroom in die stroombane waarin dit gebruik word, te sirkuleer. Sonpanele word byvoorbeeld gebruik om sekere horlosies te bestuur, om alle soorte batterye te laai, ook in stelsels vir opwekking van wisselstroom vir die openbare netwerk en in huise. Die toepassings is baie, die prys daarvan in die mark word toenemend aantreklik en dra by tot die volhoubare ontwikkeling, wat baie goed is.

As gevolg van die ontwikkeling van hierdie tegnologie, het ons dit op baie toestelle gevind, byvoorbeeld die een wat ek vir u wys, is onttrek uit 'n goedkoop flitslig wat ek gestoor het en nou 'n nuwe gebruik het.

Die beginsel is basies. As 'n lig oor 'n paneel geprojekteer word, veroorsaak dit 'n verskil in elektriese potensiaal (spanning) by die terminale. As 'n voltmeter gekoppel is, is dit maklik verifieerbaar. Hierdie potensiaalverskil is verantwoordelik vir die sirkulasie van 'n elektriese stroom wanneer 'n verbruikersapparaat gekoppel is, byvoorbeeld 'n elektriese weerstand. Afhangende van die "impedansie" van die stroombaan en die kenmerke van die paneel, sirkuleer dit min of meer stroom. Met betrekking tot hierdie stroom, sal 'n spanningsval ondervind op die terminale van die sonpaneel sodra die verbruiker gekoppel is, maar as die impedansie konstant bly, word die spanning ook konstant gehou solank die kenmerke van die beligting ook is. Voltmeters het oor die algemeen 'n hoë impedansie, sodat hulle die spanning wat daarmee gemeet word, baie min sal beïnvloed. Maar wat gebeur as die beligting verander ?, so sal die spanning en dit is die veranderlike wat ons sal gebruik.

Opsommend:

• 'n Sonpaneel wat verlig is, toon 'n spanning op sy terminale wat met 'n voltmeter gemeet kan word.

• Die spanning verander nie as die impedansie van die stroombaan en die kenmerke van die beligting konstant gehou word nie (moet in die sensitiewe spektrum van die paneel wees sodat die foto -elektriese effek kan plaasvind).

• Enige verandering in die beligting sal lei tot 'n variasie in die spanning, 'n veranderlike wat later gebruik sal word om die snelheid van die voorwerpe in die eksperimente te verkry.

Op grond van die vorige voorskrifte kan die volgende idee geformuleer word:

Die geprojekteerde skaduwee van 'n voorwerp wat op 'n sonpaneel beweeg, sal 'n afname in sy eindspanning veroorsaak. Die tyd wat dit neem vir die verlaging kan gebruik word om die gemiddelde spoed waarmee die voorwerp beweeg, te bereken.

Stap 3: Aanvanklike eksperiment

In die vorige video word die beginsels waarop die vorige idee gebaseer is, eksperimenteel getoon.

Die beeld toon die tyd wat die spanningsvariasie geduur het, wat deur 'n ossilloskoop voorgestel is. Deur die snellerfunksie korrek te konfigureer, kan u die grafiek kry waarna ons die tydsverloop wat tydens die variasie is, kan meet. In die demonstrasie was die variasie ongeveer 29,60 ms.

Die swartbordontwerp in die eksperiment is eintlik nie 'n puntvoorwerp nie, dit het afmetings. Die linkerkant van die uitveër begin sy skaduwee op die sonpaneel projekteer en begin gevolglik die spanning tot 'n minimum waarde verminder. As die uitveër wegbeweeg en die paneel weer begin ontdek word, word 'n toename in spanning gesien. Die totale gemete tyd stem ooreen met die tyd wat dit geneem het vir die projeksie van die skaduwee om deur die hele paneel te beweeg. As ons die lengte van die voorwerp meet (wat gelyk moet wees aan die projeksie van die skaduwee daarvan as ons omgee) voeg ons dit by met die lengte van die aktiewe sone van die paneel en verdeel dit tussen die tyd wat die spanningsvariasie geduur het, dan kry ons die snelheidsgemiddelde van die voorwerp. As die lengte van die voorwerp om sy snelheid te meet kwantitatief hoër is as die aktiewe sone van die paneel, kan die paneel as 'n puntvoorwerp beskou word sonder om 'n noemenswaardige fout in die metings aan te bring (dit beteken dat die lengte nie by die voorwerplengte gevoeg word nie).

Kom ons doen 'n paar berekeninge (sien foto)

Stap 4: Om hierdie metode toe te pas, moet enkele voorsorgmaatreëls in ag geneem word

• Die sonpaneel moet verlig word deur die ligbron van die eksperimentele ontwerp, en vermy sover moontlik ander ligbronne wat dit beïnvloed.

• Die ligstrale moet loodreg op die oppervlak van die sonpaneel val.

• Die voorwerp moet 'n goed gedefinieerde skaduwee uitsteek.

• Die oppervlak van die paneel en die vlak met die bewegingsrigting moet parallel wees.

Stap 5: 'n Tipiese oefening

Bepaal die snelheid van 'n valbal vanaf 'n hoogte van 1 m, oorweeg die amptelike snelheid cero.

As die bal in vrye val val, is dit baie eenvoudig: sien foto

In werklike omstandighede kan die vorige waarde laer wees as gevolg van wrywing in die lug. Kom ons bepaal dit eksperimenteel.

Stap 6: Ontwerp, konstruksie en uitvoering van die eksperiment:

• Plak 'n plastiekbuis aan die aktiewe deel van die sonpaneel. • Soldeer nuwe leidrade na die sonpaneelterminale sodat valse kontak vermy word.

• Skep 'n steun vir die sonpaneelbuis, sodat dit horisontaal gehou kan word.

• Plaas 'n flitslig of 'n ander ligbron op 'n ander steun sodat die projeksie van die uitgestraalde lig die sonpaneel loodreg tref.

• Kontroleer met 'n multimeter dat wanneer 'n lig op die sonpaneel tref, 'n konstante spanningswaarde groter as nul aangeteken word.

• Plaas die sonpaneelbuis op die voorkant van die lantaarn en laat 'n groter speling as die voorwerp waarvan u die snelheid wil meet. Probeer om die ligbron (flitslig) so ver as moontlik van die sonpaneel af te hou. As die lig van die lantern deur 'n enkele led geskep word, hoe beter.

• Meet vanaf die middel van die sonpaneel en opwaarts 'n afstand van een meter en merk dit met 'n staaf, muur of soortgelyke.

• Verbind die sonde van die ossilloskoop met die pole van die sonpaneel.

• Stel die TRIGGER -opsie korrek op die ossilloskoop, sodat alle spanningsvariasies tydens die verloop van die skaduwee op die paneel aangeteken kan word. In my geval was die tydafdelings in 5ms en die spanningsafdelings in die skaal 500mv. Die lyn van nul spannings moes afwaarts aangepas word sodat al die variasie pas. Die snellerdrempel is net onder die aanvanklike konstante spanning geplaas.

• Meet die lengte van die voorwerp en die van die aktiewe sone van die paneel, voeg dit by en skryf dit neer vir die berekening van die snelheid.

• Laat die liggaam van 'n hoogte van 1 m val sodat die skaduwee die ligstraal wat deur die lantern geprojekteer word, onderbreek.

• Meet die tyd van die spanningsvariasie met die ossilloskoopwysers op die tydskaal.

• Verdeel die som van die lengtes wat voorheen gemaak is tussen die tyd wat in die ossilloskoop gemeet is.

• Vergelyk die waarde met die teoretiese berekeninge en kom tot gevolgtrekkings (neem moontlike faktore in ag wat foute in die meting veroorsaak).

Resultate verkry: sien foto

Stap 7: 'n Paar aantekeninge van die eksperiment:

• Die resultate blyk korrek te wees in ooreenstemming met die teorie.

• Die voorwerp wat vir hierdie eksperiment gekies is, is nie ideaal nie; ek is van plan om dit te herhaal met ander wat 'n beter gedefinieerde skaduwee kan uitsteek en simmetries is om moontlike rotasies tydens die herfs te vermy.

• Dit sou ideaal gewees het om die paneelbuis en die lantaarn op aparte tafels te plaas, sodat daar geen ruimte is nie.

• Die eksperiment moet verskeie kere herhaal word, probeer om die moontlike oorsake van foute in die metings te beheer, en statistiese metodes moet gebruik word om meer betroubare resultate te verkry.

Voorstelle vir materiaal en instrumente vir hierdie projek: Alhoewel ek glo dat enige digitale ossilloskoop, ligbron en sonpaneel kan werk, is dit die een wat ek gebruik.

ATTEN OSCILLOSCOPE

SONPANEEL

TORCH

Alle materiaal en gereedskap wat in my projekte gebruik word, kan via Ebay gekoop word. As u op die volgende skakel klik en 'n aankoop doen, dra u by tot 'n klein kommissie.

EBAY.com

Ek wag vir u kommentaar, vrae en voorstelle.

Dankie en hou aan met my volgende projekte.