Pengaturan praktis untuk mengukur kecepatan sudut

Saya mendapatkan top spinning dari pabrikan Kanada, dan saya sangat kagum dengan betapa rapi putarannya.

Ketertarikan saya pada fisika telah membuat saya mencoba mencari tahu pada kecepatan tertinggi apa saya dapat memutar atas dan bagaimana membandingkannya dengan atasan lain yang terbuat dari bahan lain dan bentuk lainnya.

Saya telah menempelkan sedikit stiker padanya dan merekamnya dengan kamera ponsel saya tetapi kecepatan bingkai terlalu lambat untuk dapat menghitung jumlah rotasi dari waktu ke waktu.

Saya tidak memiliki akses ke peralatan khusus tetapi saya dapat mengukur atau memperkirakan volume, massa, kepadatan, suhu dan mungkin juga momen inersia. Bagaimana cara mengukur kecepatan sudut atas?

Ada beberapa cara.

Yang paling langsung adalah melukis setengah dari bagian atas putih dan yang lain hitam, kemudian arahkan sesuatu dengan sensor cahaya padanya. AC sedikit memperbesar output, kemudian tentukan frekuensinya. Ini bisa dengan penghitung frekuensi yang disengaja, ruang lingkup yang menampilkan frekuensi secara langsung, atau mikrokontroler yang Anda program untuk menemukan periode dan akhirnya menunjukkan frekuensi.

Metode off the shelf disebut Strobe Tach . Ini bukan pengukuran frekuensi langsung, tetapi dapat bekerja dengan cukup baik. Ini adalah strobo yang berkedip pada tingkat yang dikalibrasi yang dapat Anda sesuaikan. Anda menyesuaikan kedipan untuk muncul untuk "membekukan" bagian atas yang berputar, kemudian melihat pada frekuensi setel apa strobo diatur.

Namun cara lain untuk menempatkan bagian atas pada sesuatu yang digabungkan ke mikrofon. Pasti akan ada ketidakseimbangan, yang akan menyebabkan getaran pada frekuensi rotasi. Ini dapat diperkuat dan frekuensi ditentukan seperti sinyal cahaya pada saran pertama.

Jika Anda dapat menarik benda yang berputar, maka Anda dapat menggunakan pickup magnetik untuk mendapatkan sinyal yang sama dari yang dihasilkan oleh sensor cahaya atau mikrofon.

Mungkin metode praktis termudah untuk mengukur frekuensi putaran atas dengan peralatan sehari-hari adalah menganalisis suara yang diciptakan oleh gerakan dan mencari frekuensi karakteristik. Ini dapat dilakukan dengan aplikasi penganalisa spektrum yang harus tersedia secara gratis untuk sebagian besar ponsel cerdas.

Tempatkan bagian atas yang berputar dekat dengan mikrofon telepon dan rekam suara dengan aplikasi penganalisa spektrum. Anda akan melihat beberapa puncak dalam spektrum frekuensi yang perlahan bergerak ke arah frekuensi yang lebih rendah saat bagian atas sedang berputar ke bawah. Yang terendah adalah frekuensi rotasi, dan yang lainnya harmonik pada kelipatan bilangan bulat.

Untuk mendapatkan sinyal yang jelas, Anda perlu bagian atas untuk membuat suara yang terukur. Menempatkannya di atas resonator kosong mungkin membantu. Juga, jika bagian atas berputar pada permukaan yang memiliki kekasaran ini akan secara signifikan meningkatkan suara, tetapi itu mungkin mengganggu apa yang ingin Anda ukur.

Gambar menunjukkan tes cepat yang baru saja saya lakukan. Saya menggunakan aplikasi iPhone yang disebut "Analyzer Spectrum" yang memiliki mode spektrogram yang bagus. Seperti yang Anda lihat (meskipun skalanya diakui sulit dibaca) atasan saya membuat suara yang komponen frekuensi terendahnya dimulai sedikit di atas 100 Hz. Jadi kecepatan sudut kira-kira 600 rad / s.

Anda dapat menggunakan roda gerobak atau efek stroboskopik dan menghitung berapa kali rotasi yang dirasakan berbalik arah sampai berhenti.

Ini memungkinkan Anda mendapatkan RPM tanpa kamera gerakan super lambat.

$T_p = 4\pi^2 I / mgrT_s$

Jawabannya mungkin untuk mendapatkan lampu stroboskopik LED berkecepatan tinggi. Seberapa mudah / mahal ini akan tergantung pada kecepatan sudut yang Anda hadapi. Bahkan ada beberapa aplikasi ponsel yang akan pergi ke kecepatan sedang.

Anda menyetel kecepatan stroboscope untuk membuat tanda di atas pemintalan Anda tampak diam. Tetapi ini akan sulit karena kecepatannya tidak akan konstan.