Практична установка для вимірювання кутової швидкості

Я отримав прядильну верхівку від канадського виробника, і я дуже вражений тим, як акуратно вона крутиться.

Мій інтерес до фізики змусив мене спробувати з'ясувати, з якою максимальною швидкістю я можу крутити верх і як це порівнювати з іншими вершинами, виготовленими з інших матеріалів та інших форм.

Я наклеїв на неї трохи наклейки і записав її на камеру свого телефону, але частота кадрів є занадто повільною, щоб можна було підрахувати кількість обертів за часом.

У мене немає доступу до спеціалізованого обладнання, але я можу виміряти або наблизити об'єм, масу, щільність, температуру і, можливо, також момент інерції. Як виміряти кутову швидкість верху?

Існує кілька способів.

Найбільш пряме - пофарбувати половину верхнього білого, а іншу чорну, а потім щось навести на нього датчиком світла. Змінного струму трохи посилити вихід, а потім визначити частоту. Це може бути з навмисним лічильником частоти, сферою, яка відображає частоту безпосередньо, або мікроконтролером, який ви запрограмуєте, щоб знайти період і в кінцевому підсумку показати вам частоту.

Метод поза полиці називається Strobe Tach . Це не пряме вимірювання частоти, але може працювати досить добре. Це строб, який блимає каліброваною швидкістю, яку ви можете регулювати. Ви налаштовуєте миготливу пічку, щоб, здається, «заморозити» прядильну верхівку, а потім подивіться, на яку частоту встановлений строб.

Ще один спосіб покласти верх на щось, поєднане з мікрофоном. Неминуче виникне деякий дисбаланс, який спричинить вібрацію при частоті обертання. Це може бути посилено, і частота визначається подібно до світлового сигналу в першій пропозиції.

Якщо ви зможете намагнічувати прядильну річ, тоді ви можете використовувати магнітний пікап, щоб отримати аналогічний сигнал, ніж світлодіодний датчик або мікрофон.

Напевно, найпростішим практичним методом вимірювання частоти прядильної верхівки за допомогою повсякденного обладнання є аналіз звуку, створюваного рухом, і пошук характерної частоти. Це можна зробити за допомогою програми аналізатора спектру, яка повинна бути доступна безкоштовно для більшості смартфонів.

Покладіть прядильну верхівку близько до мікрофона телефону і запишіть звук за допомогою програми аналізатора спектру. Ви повинні побачити кілька піків у частотному спектрі, які повільно рухаються у бік нижчих частот, в той час як верхня частина крутиться вниз. Найнижча повинна бути частотою обертання, а інші - гармоніками в цілих кратних.

Для отримання чіткого сигналу вам потрібен верх, щоб видати вимірюваний звук. Поміщення його поверх порожнистого резонатора може допомогти. Крім того, якщо верх обертається на поверхні, яка має деяку шорсткість, це значно посилить звук, але це може порушити те, що ви хочете виміряти.

На малюнку показаний швидкий тест, який я щойно зробив. Я використовував додаток iPhone під назвою "Spectrum Analyzer", в якому є хороший режим спектрограми. Як ви бачите (хоча шкалу, очевидно, важко читати), мій верхній створив звук, компонент з найнижчою частотою якого запускався трохи більше 100 Гц. Так кутова швидкість становила приблизно 600 рад / с.

Можна використовувати колесо вагона або стробоскопічний ефект і порахувати, скільки разів сприймається обертання повертало напрямок до його зупинки.

Це дозволяє отримувати обертів без суперкамери повільного руху.

Я б уявив, що приємна сира формула може допомогти . Отже, якщо швидкість віджиму занадто велика для вас, швидкість прецесії буде обернено пропорційною і дуже повільною. Тут можна побачити дію матеріалу через його масу, але ви також повинні наблизити момент інерції, а також перпендикулярну відстань між віссю віджиму та віссю прецесії$T_p = 4\pi^2 I / mgrT_s$

Відповіддю може стати захоплення високошвидкісного світлодіодного стробоскопічного світла. Наскільки легко / дорого це буде залежати від кутової швидкості, з якою ви маєте справу. Існують навіть деякі додатки для телефонів, які підуть на помірну швидкість.

Ви налаштовуєте швидкість стробоскопа, щоб позначка на вашій прядильній вершині виглядала нерухомою. Але це буде важко, оскільки швидкість не буде постійною.