СЛЪНЧЕВ ПАНЕЛ КАТО ПРОСЛЕДИТЕЛ НА СЕНКИ: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Фундаментална величина, използвана във физиката и други науки за описване на механичното движение, е скоростта. Измерването му е повтаряща се дейност в експерименталните класове. Обикновено използвам видеокамера и софтуер TRACKER, за да изучавам движението на определени обекти с моите ученици. Една трудност, която сме изпитали, е: обектите, които се движат със сравнително високи скорости, изглеждат замъглени във видео кадрите, което внася несигурност в измерванията, направени със софтуера. Най -често срещаните методи и инструменти за изследване на обекти със сравнително висока скорост са базирани на DOPPLER ефект и оптични сензори, съчетани с хронограф.

В настоящия INSTRUCTABLE I подхождам към алтернативен експериментален метод за измерване на средната скорост на обект с помощта на слънчев панел и осцилоскоп. Той е приложим в лабораторните уроци по предмета Физика (класическа механика), по -специално в темата: Кинематика на механичното движение на превода. Предложеният метод и неговото експериментално приложение са силно приложими за други експериментални задачи в рамките на дисциплината „Физика“за незавършили и завършили. Може би се използва и в други научни курсове, където се изучава това съдържание.

Ако искате да съкратите теоретичните основи и да преминете директно към конструкцията на експерименталния апарат, как да извършите измерванията, необходимите материали и изображенията на моя дизайн, моля, преминете директно към стъпка 6.

Стъпка 1: Някои теории:

"Скоростта" е известна като разстоянието, изминато от обект в определен интервал от време. Скоростта е скаларната величина, която е величината на вектора на скоростта, която също изисква посоката, в която настъпват промени в позицията. Ще говорим в това ИНСТРУКЦИОННО за измерване на скоростта, но наистина ще измерваме средната скорост.

Стъпка 2: Измерване на скоростта със слънчев панел?

Слънчевите панели са устройства, които работят на принципа на фотоелектрическия ефект и чиято основна функция е да циркулира електрически ток във веригите, в които се използват. Например, слънчевите панели се използват за работа с определени видове часовници, зареждане на батерии от всякакъв вид, също и в системи за генериране на променлив ток за обществената мрежа и в домовете. Приложенията са много, цената му на пазара е все по -привлекателна и допринася за устойчивото развитие, което е страхотно.

Поради развитието на тази технология, която преживяхме, ние я намираме в много устройства, например тази, която ви показвам, е извлечена от евтино фенерче, което запазих и сега има нова употреба.

Принципът е основен. Когато светлината се прожектира върху панел, това предизвиква разлика в електрическия потенциал (напрежение) в неговите клеми. Когато е свързан волтметър, това е лесно проверимо. Тази разлика в потенциала е отговорна за циркулацията на електрически ток, когато е свързано потребителско устройство, например електрическо съпротивление. В зависимост от "импеданса" на веригата и характеристиките на панела, той ще циркулира повече или по -малко ток. Във връзка с този ток ще се наблюдава спад на напрежението на клемите на слънчевия панел, след като потребителят е свързан, но ако импедансът остава постоянен, напрежението също се поддържа постоянно, докато характеристиките на осветлението също са. Волтметрите обикновено имат висок импеданс, така че те ще повлияят много малко на напрежението, което се измерва с тях. Но какво ще се случи, ако осветлението се промени?, Така ще се промени и напрежението и това е променливата, която ще използваме.

Обобщавайки:

• Слънчев панел, когато свети, показва напрежение на своите клеми, което може да бъде измерено с волтметър.

• Напрежението не се променя, ако импедансът на веригата и характеристиките на осветлението се поддържат постоянни (трябва да са в чувствителния спектър на панела, за да настъпи фотоелектрическият ефект).

• Всяка промяна в осветеността ще доведе до промяна в напрежението, променлива, която ще бъде използвана по -късно за получаване на скоростта на обектите в експериментите.

Въз основа на предишните предписания може да се формулира следната идея:

Проектираната сянка на обект, движещ се върху слънчев панел, ще доведе до намаляване на напрежението на терминала. Времето, необходимо за намаляване, може да се използва за изчисляване на средната скорост, с която този обект се движи.

Стъпка 3: Първоначален експеримент

В предишното видео експериментално са показани принципите, на които се основава предишната идея.

Изображението показва времето, през което варира напрежението, което е нанесено от осцилоскоп. Чрез правилно конфигуриране на тригерната функция можете да получите графиката, до която можем да измерим изминалото време по време на вариацията. В демонстрацията вариацията беше приблизително 29,60 мс.

Всъщност чернова на дъската в експеримента не е точков обект, той има размери. Левият край на гумата започва да проектира сянката си върху слънчевия панел и следователно започва да намалява напрежението до минимална стойност. Когато гумата се отдалечи и панелът започне да се открива отново, се наблюдава увеличаване на напрежението. Общото измерено време съответства на времето, необходимо на проекцията на сянката, за да обиколи целия панел. Ако измерим дължината на обекта (която трябва да бъде равна на проекцията на сянката му, ако вземем определени грижи), ние го добавяме с дължината на активната зона на панела и го разделяме между времето, през което варира напрежението, тогава ще получим средната скорост на този обект. Когато дължината на обекта за измерване на неговата скорост е количествено по -висока от активната зона на панела, панелът може да се разглежда като точков обект, без да се внася забележима грешка в измерванията (това означава да не се добавя дължината му към дължината на обекта).

Нека направим някои изчисления (вижте снимката)

Стъпка 4: За да приложите този метод, трябва да се вземат предвид някои предпазни мерки

• Слънчевият панел трябва да бъде осветен от източника на светлина, предвиден в експерименталния проект, като се избягват, доколкото е възможно, други източници на светлина, които го засягат.

• Светлинните лъчи трябва да удрят перпендикулярно на повърхността на слънчевия панел.

• Обектът трябва да проектира добре дефинирана сянка.

• Повърхността на панела и равнината, съдържаща посоката на движение, трябва да са успоредни.

Стъпка 5: Типично упражнение

Определете скоростта на падаща топка от височина 1 м, помислете за начална скорост cero.

Ако топката падне в свободно падане, това е много просто: вижте снимка

В реални условия предишната стойност може да бъде по -ниска поради действието на триене с въздуха. Нека го определим експериментално.

Стъпка 6: Проектиране, изграждане и изпълнение на експеримента:

• Залепете пластмасова тръба към активната зона на слънчевия панел. • Запоявайте нови проводници към клемите на слънчевия панел, така че да се избегнат фалшиви контакти.

• Създайте опора за монтажа на соларен панел-тръба, така че да може да се държи хоризонтално.

• Поставете фенерче или друг източник на светлина върху друга опора, така че проекцията на излъчваната светлина да удари перпендикулярно слънчевия панел.

• Проверете с мултицет, че когато светлина попадне върху слънчевия панел, се записва стойност на постоянно напрежение, по -голяма от нула.

• Поставете модула на соларния панел-тръба в предната част на фенера, оставяйки по-голяма свобода от обекта, чиято скорост искате да измерите. Опитайте се да държите възможно най -далеч източника на светлина (фенерче) от слънчевия панел. Ако светлината на фенера е създадена от един светодиод, толкова по -добре.

• Измерете от центъра на слънчевия панел и нагоре разстояние от един метър и го маркирайте в пръчка, стена или подобен.

• Свържете сондата на осцилоскопа към клемите на слънчевия панел, като спазвате полярността.

• Задайте правилно опцията TRIGGER на осцилоскопа, така че всички вариации на напрежението да могат да бъдат записани по време на преминаването на сянката върху панела. В моя случай разделенията на времето бяха в 5ms, а разделенията на напрежението в скалата бяха 500mv. Линията с нулево напрежение трябваше да се регулира надолу, така че всички вариации да се поберат. Прагът на задействане е поставен точно под първоначалното постоянно напрежение.

• Измерете дължината на обекта и тази на активната зона на панела, добавете ги и ги запишете за изчисляване на скоростта.

• Пуснете тялото от височина 1 м, така че сянката му да прекъсне лъча светлина, излъчван от фенера.

• Измерете времето на промяната на напрежението с курсорите на осцилоскопа по времевата скала.

• Разделете сумата от предварително направените дължини между времето, измерено в осцилоскопа.

• Сравнете стойността с теоретичните изчисления и стигнете до заключения (вземете предвид възможните фактори, които въвеждат грешки в измерването).

Получени резултати: вижте снимката

Стъпка 7: Някои бележки от експеримента:

• Получените резултати изглеждат правилни в съответствие с теорията.

• Обектът, избран за този експеримент, не е идеален, планирам да го повторя с други, които могат да проектират по -добре дефинирана сянка и които са симетрични, за да се избегнат евентуални ротации по време на падането.

• Би било идеално да поставите панелната тръба и фенера на отделни маси, оставяйки свободно пространство надолу.

• Експериментът трябва да се повтори няколко пъти, като се опитва да се контролират възможните причини за грешки в измерванията и трябва да се използват статистически методи за получаване на по -надеждни резултати.

Предложения за материали и инструменти за този проект: Въпреки че вярвам, че всеки цифров осцилоскоп, източник на светлина и слънчев панел могат да работят, ето тези, които използвам.

ВНИМАНИЕ ОСЦИЛОСКОП

СЛЪНЧЕВ ПАНЕЛ

TORCH

Всички материали и инструменти, използвани в моите проекти, могат да бъдат закупени чрез Ebay. Ако щракнете върху следната връзка и направите покупка, ще допринесете за получаване на малка комисионна.

EBAY.com

Ще чакам вашите коментари, въпроси и предложения.

Благодаря ви и продължете с следващите ми проекти.