JustAPendulum: Ачык коддуу санариптик маятник: 13 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

JustAPendulum-бул Жердин гравитациялык ылдамдануусун табуу үчүн термелүү мезгилин өлчөгөн жана эсептеген Arduino негизделген ачык булак маятниги (~ 9, 81 м/с²). Бул сиздин компьютериңиз менен байланышуу үчүн USBден серияга адаптерди колдонгон үйдө жасалган Arduino UNO камтыйт. JustAPendulum абдан так жана анын чыныгы шериктеши бар (Visual Basic. NETте жазылган), ал реалдуу убакытта сизге массанын абалын жана стол менен графикти көрсөтөт. Толугу менен лазер менен кесилген жана үйдө жасалган, аны колдонуу абдан оңой: жөн гана баскычты басып, массанын түшүүсүнө жол бериңиз жана такта баарын эсептеп чыгат. Физика сабактарындагы тесттер үчүн идеалдуу!

Долбоордун башкы бети: marcocipriani01.github.io/projects/JustAPendulum

Аны өзүңүзгө жол көрсөтүүчү кылып

YouTube видео

1 -кадам: Анын артындагы физика

Булардын баары JustAPendulumда колдонулган формулалар. Мен аларды көрсөткүм келбейт, бирок эгер сизди кызыктырса, бул маалыматты ар бир физика китебинен табуу оңой. Жердин тартылуу ылдамдануусун эсептөө үчүн, маятник термелүү мезгилин (T) өлчөйт, андан кийин төмөнкү формуланы колдонот (g):

жана бул ылдамдануу боюнча абсолюттук катаны эсептөө үчүн:

l - маятниктин зымынын узундугу. Бул параметр Companion программасынан коюлушу керек (төмөндө караңыз). 0,01м - бул узундуктун өлчөө катасы (сызгычтын сезгичтиги 1 см деп кабыл алынат), ал эми 0,001s - Ардуинонун саатынын тактыгы.

2 -кадам: Галилео Галилей жана бул формула

Бул формуланы биринчи жолу (жарым -жартылай) Галилео Галилей 1602 -жылдары ачкан, ал маятниктердин үзгүлтүксүз кыймылын изилдеп, 1930 -жылга чейин кварц осцилляторлору ойлонгон маятниктерди эң так убакыт машиналары катары кабыл алган, андан кийин Экинчи дүйнөлүк согуштан кийин атомдук сааттар болгон. Галилеонун окуучуларынын биринин айтымында, Галилео Пизада болгон массалык жыйынга катышып жатып, шамал собордо илинип турган люстранын өтө аз кыймылын пайда кылганын байкаган. Ал люстранын кыймылын карап турду жана шамал токтогону менен маятниктин артка жана алдыга карай аралыктары кыскарганына карабай, люстрага термелүүнү жасоо убактысы туруктуу бойдон калгандай көрүндү. Ал люстранын термелүүсүн билегиндеги тамырдын үзгүлтүксүз согушу менен эсептеп, өзүнүн туура экенин түшүндү: канча аралыкты басып өтпөсүн, убакыт ар дайым бирдей эле. Көбүрөөк өлчөөлөрдөн жана изилдөөлөрдөн кийин ал муну билди

Эки жолу π, мурунку теңдемедегидей, пропорционалдуу туюнтманы чыныгы теңдемеге айландырат - бирок бул Галилео ээ болбогон математикалык стратагемди камтыйт.

3 -кадам: Колдонуу

Сураныч, санариптик маятниктин сенсорлорун калибрлөө жана зымдын узундугун тууралоо керек экенин эске алыңыз. JustAPendulumду маятниктин астына коюңуз (бийиктиги минималдуу 1м) жана массасы термелүүдө үч сенсордун баарын жашырарын текшериңиз. Сенсорлор аз жарык шарттарда жакшы иштейт, андыктан жарыкты өчүрүңүз. Тактага которулуңуз. "Даяр" экраны пайда болот. Бул жерде меню структурасы:

• Сол баскыч: өлчөөлөрдү баштоо үчүн, топту оңго коюп, баскычты басыңыз. Arduino автоматтык түрдө топтун ордун аныктайт жана баштайт.

  • "Башталууда… o.p.: x ms" көрсөтүлөт

    • Солдо: гравитациялык ылдамданууну эсептөө

    • Оңдо: башкы экранга кайтуу

• Оң баскыч: конфигурацияны көрсөтүү

  • Туура: ооба
  • Сол: жок

4 -кадам: Сахаб

JustAPendulumдун шериги-бул колдонуучуга маятникти реалдуу убакытта компьютерден көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берген Visual Basic. NET (Visual Studio 2015те жазылган) программасы. Ал акыркы баалуулуктарды жана каталарды көрсөтөт, мурунку чараларды көрсөтүү үчүн таблицалар жана графиктер бар, сенсорлорду калибрлөө жана зымдын узундугун орнотуу үчүн шаймандар бар. Тарыхты Excelге да экспорттоого болот.

Бул жерден жүктөп алыңыз

5 -кадам: сенсорлорду калибрлөө

Өркүндөтүлгөн өтмөккө өтүңүз, "ADC мониторун" күйгүзүңүз жана топтун абалына жараша көрсөтүлгөн маанилердин кандай өзгөрөрүн байкаңыз. Кабыл алынуучу чекти табууга аракет кылыңыз: ылдыйда детекторлордун ортосунда эч кандай масса жок дегенди билдирет, ал эми жогоруда масса алардын ортосунда өтүп жатканын көрсөтөт. Эгерде баалуулуктар өзгөрбөсө, балким бөлмөдө өтө көп жарык бар, андыктан лампаларды өчүрүп коюңуз. Андан кийин, "Кол менен калибрлөө" баскычын басыңыз. Текст кутучасына сиз чечкен босогону жазыңыз жана enter басыңыз.

6 -кадам: Зымдын узундугун өзгөртүү

Зымдын узундугун тууралоо үчүн "Зымдын узундугу" баскычын басып, маанини киргизиңиз. Андан кийин өлчөө катасын коюңуз: эгер сиз аны лента менен өлчөсөңүз, анда сезгичтиги 1 мм болушу керек. Бардык баалуулуктар ATmega328P микроконтроллеринин эсинде сакталат.

7 -кадам: Лазердик куту

Бул түзүлүштү фанерадан (калыңдыгы 4 мм) лазердик кесүүчү машина менен кесип алыңыз, андан кийин аны асебелдеп, компоненттерди панелдерге коюп, мык жана винил клейи менен оңдоңуз. Бул беттин ылдый жагындагы DXF/DWG файлдарын түшүрүү (AutoCAD 2016 менен иштелип чыккан).

8 -кадам: структура

Эгерде сизде маятник жок болсо, анда сиз бул мисалдан баштап өзүңүз жасай аласыз (бул мен жасаган нерсенин так көчүрмөсү). А 27, 5 · 16 · 1 см фанера, 5 · 27, 5 · 2 см сплинт жана таяк жетиштүү. Анан маятникти бүтүрүү үчүн шакектерди, балык кармоочу зымды жана шарды колдонуңуз.

AutoCAD долбоору

9 -кадам: Месса

Менде темир массасы жок болчу (албетте жакшы болмок), ошондуктан мен 3D принтер менен топ жасап, зымга илип коюу үчүн шакек коштум. Ал канчалык оор жана ичке болсо (караңыз: маятник сааттары: масса аба менен сүрүлбөш үчүн жалпак), ошончолук ал термелет.

3D доп жүктөө

10 -кадам: PCB

Бул арзан баалуу нерселерди колдонуу менен үйдө ПХБ түзүүнүн эң арзан ыкмасы:

• Лазердик принтер (600 dpi же андан жакшы)
• Сүрөт кагазы
• Бош райондук плата
• Муриат кислотасы (> 10% HCl)
• Суутек перекиси (10% эритме)
• Кийим темир
• Ацетон
• Болот жүн
• Коопсуздук көз айнеги жана кол кап
• Натрий бикарбонаты
• Уксус
• Кагаз сүлгү

Биринчи кадам болот жүн жана суу менен бош ПКБ тазалоо болуп саналат. Эгерде жез бир аз кычкылданган болсо, анда аны уксус менен жууш керек. Андан кийин, калган кирди кетирүү үчүн жез тарапты ацетонго малынган кагаз сүлгү менен сүртүңүз. Тактайдын ар бир бөлүгүн так сүйкөп коюңуз. Колго жез тийбесин!

Бул беттин ылдый жагындагы PCB.pdf файлын лазердик принтер менен басып чыгарыңыз жана манжаңыз менен тийбеңиз. Аны кесип, жез жагындагы сүрөттү тегиздеп, кийим үтүгү менен басыңыз (ысык, бирок буусу жок) болжол менен беш мүнөт. Баардык кагаз менен муздагыла, андан кийин кагазды өтө жай жана этияттык менен суу астында алып салыңыз. Жезде тонер жок болсо, процедураны кайталаңыз; Кээ бир жетишпеген байланыштарды оңдоо үчүн кичинекей туруктуу маркерди колдонуңуз.

Азыр бул ПКБ этчировать кислотасын колдонуу убактысы келди. Пластик кутуга үч стакан муриатик кислотасын жана бир суутек пероксидин салыңыз; сиз дагы бирдей өлчөмдө аракет кылып, күчтүү оюу үчүн. ПХБны чечимге салыңыз (колуңузга жана көзүңүзгө көңүл буруңуз) жана он мүнөт күтө туруңуз. Чегүү аяктагандан кийин, плитаны эритмеден алып, суу астында жууп салыңыз. Эритмени нейтралдаштыруу үчүн кислотага эки кашык натрий бикарбонатын салып, ваннага таштаңыз (же таштанды чогултуу борборуна алып барыңыз).

11 -кадам: Электроника

Тетиктер керектелет:

• ATMEGA328P MCU
• 2x 22 pF конденсаторлор
• 3x 100 uF конденсаторлор
• 2x 1N4148 диоддор
• 7805TV чыңалуу жөндөгүчү
• 6x 10K каршылыгы
• 2x 220R каршылыгы
• 16 МГц кристалл осциллятору
• Pinheads
• USB-сериялык адаптер
• 940nm капталдагы инфракызыл эмитенттер жана IR детекторлору (мен аларды Sparkfunдан сатып алдым)
• 9V батарейка жана батарея кармагыч
• 16x2 LCD экран
• 2 баскыч
• Потенциометр жана триммер
• Зымдар, зымдар жана зымдар

Эми сиз компоненттерди сатып алып, чогулткандан кийин, бир ширеткичти тандап, алардын бардыгын кошуңуз! Андан кийин ПКБны коробкага орнотуңуз, бардык зымдарды ЖКга, USB-сериялык адаптерге, потенциометр менен триммерге туташтырыңыз (дисплейдин жарыктыгы жана контраст үчүн). Бардык бөлүктөрдү жана зымдарды туура жайгаштыруу үчүн схеманын, мурунку кадамдагы ПХБ моделине жана ушул беттин ылдый жагындагы Eagle CAD файлдарына кайрылыңыз.

Eagle CAD долбоору

12 -кадам: сенсорлор

Сүрөттөрдө көрсөтүлгөндөй сенсорлорду кошуп, анан капкактарды жасаңыз (аларды айлантуучу куралды колдонуп, аларды жыгачтан жасалган оюкка чегип түшүрдүм). Андан кийин аларды башкы тактага туташтырыңыз.

13 -кадам: Сиз даярсыз

Аны колдонууну баштаңыз! Ырахат алыңыз!