Měříme se zvukovou kartou - Nakloněná rovina
O rovnoměrně zrychleném pohybu sice učíme, ale je problém jej přesvědčivě demonstrovat.
Jak na to:
Tento experiment nevyužívá k měření videokameru, ale pouhou zvukovou kartu, do které ale nebudeme ovšem připojovat mikrofon, ale fototranzistor. Postačí nám skoro jakýkoliv, například IRE5 (v GM za 4,50 Kč). Fototranzistor se chová jako běžný tranzistor, pouze místo na proud do báze reaguje na osvětlení. Pokud jej tedy připojíme (přímo tak jak je, žádný fígl v tom není) k mikrofonnímu vstupu zvukové karty (který je napájený) začne tranzistor pracovat a na vstup dostáváme signál odpovídající osvětlení tranzistoru.
Princip měření spočívá v tom, že na nakloněnou rovinu umístíme kulatý předmět (kuličku, válec, trubičku, …) a budeme jej sledovat fototranzistorem. Abychom tedy dostali co nejlepší signál, je ideální mít půl tělesa černého a půl bílého. (Na druhou stranu, ukázalo se, že funguje prakticky každá kombinace černá - světlá barva.)
Než začneme měřit na nakloněné rovině, přesvědčíme se, že sonda měří správně. K tomu budeme potřebovat nějaký program, který umí náhrávat ze zvukové karty a odečítat čas v signálu - v ideálním případě Cool Edit resp. Adobe Audition, ale dobře nám poslouží i programy jako Audacity nebo LabVIEW Oscilloscope. Spustíme měření (nahrávání), namíříme tranzistor proti světlu a na zkoušku před ním přejedeme rukou s roztaženými prsty, hřebenem či něčím podobným. V signálu by se pak měly objevit zuby odpovídající zakrávání a odkrývání fototranzistoru. (Pozor, můžou být i inverzní, tzn. uroveň signálu klesne, když je tranzistor osvětlen a naopak.) Máte-li zářivkové osvětlení, je také možné namířit tranzistor na něj a v signálu by se měla objevit periodická funkce s frekvencí 100 Hz. Pokud je vše v pořádku a sonda měří, můžeme spustit měření.
Schéma audioměření
Samo měření je velmi jednoduché - umístíme těleso na nakloněnou rovinu, necháme valit dolů a zeshora je sledujeme fototranzistorem. Při troše cviku či štěstí pak dostaneme signál podobný tomu na obrázku. Z něj pak odečteme časy jednotlivých překmitů, které odpovídají uražení dráhy rovné polovině obvodu tělesa. Nyní již stačí jen naměřenými hodnotami proložit předpokládanou funkci (parabolu).
Jaké výsledky můžeme očekávat:
-
Dokonale parabolický průběh - koeficient korelace proložené křivky vychází zhruba 0,99997 - 0,99999
-
Vliv tření - Velikost zrychlení záleží nejen na úhlu naklonění roviny, ale také na materiálu. Tabulka ukazuje hodnoty zrychlení ocelové kuličky při úhlu naklonění roviny α = 12,1°, přičemž v prvním případě se kulička valila po plastikové desce, podruhé přes ni byla natažena látka.
| teorie | 1.46 m.s2 |
| plast | 1.38 m.s2 |
| látka | 1.06 m.s2 |
Tabulka 1: Příklad naměřených hodnot
Na co je třeba dát pozor / Tipy pro měření:
-
Fototranzistor ve zvukové kartě není luxmetr - je důležité si uvědomit, že na vstupu zvukové karty je kondenzátor, který odfiltruje stejnosměrnou složku napětí a dovnitř pustí jen střídavou. Nelze tedy tuto sondu použít jako luxmetr, ale jen jako měřič změn osvětlení. Jako luxmetr bychom mohli fototranzistor použít pouze v případě, že bychom napětí na něm měřili voltmentrem a měli jej okalibrován (charakteristika fototranzistoru není lineární)
-
Lesklé povrchy - někdy zlobí, pokud je těleso velmi lesklé - nezačerněná odráží totiž vše co je kolem a „zuby“ se v signálu špatně hledají. Matné povrchy (hliník apod.) dopadají lépe.
-
Časové jednotky v měřicím programu - při odečítání časů překmitů si zkontrolujte, v jakých jednotkách jsou hodnoty uvedeny. Často to mohou být například vzorky (těch je obvykle 44100 nebo 48000 za vteřinu. někdy ovšem také tzv. CD frames (75 za vteřinu).
-
Měření úhlu naklonění - pokud chete změřit úhel naklonění roviny a porovnávat výsledky s teorií, může místo pravítka či úhloměru dobře fungovat i digitální fotoaparát. Pouze dejte pozor, abyste fotografii, ze které budete pak úhle odečítat, udělali z dostatečné vzdálenosti. (Zklenutí pole - a tedy chyba - nebylo příliš veliké).
Tyto stránky vznikly za přispění Fondu rozvoje vysokých škol (projekt G6 835/2005)
nahoru