Krtačka brenčačka

KRTAČKA BRENČAČKA

Uvod

Projekt

Rezultati

Galerija

O nas

Viri

Projekt

Slika 1.: Pripomočki

Uporabljene ideje:

1.način: Mikrofon

Pripomočki: mikrofon, PC z AD pretvornikom, stojalo, prižema

Opis dela: Mikrofon povežemo s PCjem. Ščetko pritrdimo v prižemo na stojalu. Mikrofon držimo čim bližje nad ščetko in poženemo meritev v programu LoggerPro. Meritev je trajala 2 sekundi. Hitrost vzorčenja je bila tisoč vzorcev na sekundo. Rezultat dobimo s hitro Fourier-jevo trasformacijo dobljenega signala.

Teoretično ozadje: Ko ščetka niha, ustvarja zgoščine in razredčine. Človeško uho to zaznava kot zvok, mikrofon pa kot spremembe zračnega tlaka. Te spremembe računalnik zapiše v obliki sinusoidne krivulje.

Prednosti: Mertev je preprosta in skoraj brez vpliva človeške napake.

Slabosti: Na meritev vplivajo zvoki in šumi iz okolja ter vibriranje ščetin na krtački.

Opombe: Na sliki je na ščetki vidna še žička. Ta ni del te meritve, marveč meritve električni tokogkrog. Mikrofon imamo pri merjenju lahko v roki. Napaka, ki bi se morda pojavila zaradi spremebe lege mikrofona je majhna v primerjavi z izmerjenimi vrednostmi in tako ne vpliva na natančnost meritve.

2.način: Stoječe valvanje

Pripomočki: bakrena žica (d=0,22mm), utež (m=100g), dve stojali, lesena prečka, prijemke

Opis dela: Krtačko pritrdimo na stojalo. Na krtačko pritrdimo bakreno žico. Na drugi konec žice pritrdimo utež z znano maso. Žico nato speljemo čez lesno prečko (ta se obnese bolje kot kovinska), ki je pritrjena na drugem stojalu, tako da utež prosto visi navzdol in je žica napeta. Ščetko vklopimo. Stojalo s ščetko pomikamo proti ali stran od drugega stojala (to je ves čas pri miru na robu mize, da lahko utež prosto visi in napenja žico) toliko časa, da dobimo stoječe valovanje. Nato preštejemo hrbte in zmerimo dolžino žice med vpetjema. Iz podatkov nato izračunamo frekvenco ščetke.

Teoretično ozadje: Ko dobimo stoječe valovanje, lahko določimo valovno dolžino valovanja. Določimo jo prek enačbe L = n(λ/2), kjer je L dolžina žice med vpetjema λ pa valovna dolžina. Za določitev frekvence moramo poznati še hitrost širjenja valovanja po žici. Določimo jo iz enačbe c = (F/μ)^½[1]. F je sila s katero je napeta žica in je v našem primeru enaka sili teže uteži. μ je dolžinska gostota žice in jo izračunamo prek gostote bakra in preseka žice: μ = ρS = ρπ(d/2)². Frekvenco nato določimo iz enačbe ν = cλ^-1.

Prednosti: To je najbolj preprost način merjenja, saj zanj ne potrebujemo skoraj nobene merilne opreme.

Slabosti: Človeška napaka je velika, saj stoječe valovanje določamo samo s prostim očesom. Prav tako je potrebno opraviti še kar nekaj ročnih meritev. Ugotovili smo tudi, da lahko dobimo več stoječih valovanj z različnimi amplitudami, kar pomeni tudi različne frekvence. Žička na ščetki nekoliko poveča maso nihala, ščetka pa je tudi napeta. Oboje bi lahko rahlo spremenilo lastno frekvenco, a tega nismo preverjali.

3.način: Tuljava in magnet

Pripomočki: tuljava, magnet, osciloskop, lepilni trak, stojalo, prijemka

Opis dela: Majhno tuljavico (d=6 mm, št. ovojev[n] = 10), ki smo jo navili sami okoli plastične cevke (slamice) z žico debeline 0,2 mm, smo z lepilnim trakom pritrdili na spodnjo stran glave ščetke. Tuljavica je bila povezana z osciloskopom. Ščetko smo namestili čim bližje magnetu, da je bil vpliv magnetnega polja čim večji. Uporabili smo NdFeB paličasti magnet velikosti 5×5×20 mm³. Polariziran je bil v vzdolžni smeri. Magnetno polje na mestu tuljavice je nehomogeno, zato se pretok polja skozi tuljavico močno spreminja z njenim položajem. Ko je ščetka nihala, se je v tuljavici inducirala napetost. Le to smo zaznali na osciloskopu.

Teoretično ozadje: V tuljavi se zaradi spreminjanja gostote magnetnega polja inducira napetost (U_i = -πn[d²/4][dB/dt]). Na osciloskopu dobimo signal kot spremembo napetosti v odvisnosti od časa. Prešteli smo nihaje N v določenem časovnem intervalu t. Frekvenco dobimo po enačbi ν = N/t.

Prednosti: Človeška napaka je majhna. Dobimo tudi lep signal, ki ga je lahko interpretirati.

Slabosti: Zaradi tuljave je na ščetki dodatna masa, ki lahko spremeni frekvenco krtačke. Kolikšen je ta vpliv, je odvisno od moči elektromotorja in od baterij v krtački. Če so nove, bo elektromotor deloval bolje, kot če so v krtački stare izrabljene baterije. Nenatančnosti lahko povzročijo tudi napake v vezavi (slabi kontakti, neprimerne žice,...).

Pri vseh zgoraj opisanih načinih smo ugotovili, da na frekvenco vpliva tudi položaj ščetke.

Neuporabljene ideje:

Fotocelica:

Na glavo ščetke nalepimo gladko aluminjasto folijo. Ščetko namestimo med laser (laserski pointer) in fotocelico. Ščetka naj bi z nihanjem prekinjala laserski curek. Na osciloskopu bi zaznavali napetost na fotocelici, ki se pojavi, ko nanjo posvetimo. Metode nismo uporabili, ker se je izkazalo, da je presek laserskega curka prevelik v primerjavi z amplitudo nihanja ščetke. Za uspešno izvedbo bi potrebovali bolj fokusiran laserski izvor.

Prislonitev ščetke na vhod osciloskopa:

Metodo smo odkrili povsem naključno. Ugotovili smo, da če prislonimo ščetko neposredno na vhod osciloskopa, zaznamo nihanje ščetke. Odprt vhod osciloskopa predstavlja majhen kondenzator. Ščetka s tresenjem spreminja lasnosti kondenzatorja in spreminja šum odprtega vhoda. Modulacijo tega šuma odčitamo kot pri 3.načinu. Meritev je neposredna, vendar se zaradi mehanskega stika ščetke in vhoda na osciloskopu nihanje ščetke znatno upočasni. Zato ne odčitamo prave frekvence, ampak popačeno.

Električni tokokrog:

Na PC prek AD pretvornika vežemo voltmeter. Voltmeter meri napetost v tokokrogu. Na ščetko pritrdimo žičko, ki je povezana z enim vhodom voltmetra. Ko ščetka niha, žička na njeni glavi tolče po drugi žički, ki je povezana z izvorom napetosti. Ko se žički skleneta, se sklene tokokrog in spremembe napetosti lahko zaznamo. Ugotivili smo, da je težko izvesti dobre kontakte z minimalno obremenitvijo ščetke.