Configurazione pratica per misurare la velocità angolare

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Ho una trottola da un produttore canadese e sono profondamente sorpreso da come gira bene.

Il mio interesse per la fisica mi ha portato a provare a quale velocità massima posso girare la cima e come si confronta con altri piani realizzati con altri materiali e altre forme.

Ho incollato un piccolo adesivo e l'ho registrato con la fotocamera del mio telefono, ma il frame rate è troppo lento per poter contare il numero di rotazioni nel tempo.

Non ho accesso ad attrezzature specializzate, ma posso misurare o approssimare volume, massa, densità, temperatura e probabilmente anche il momento di inerzia. Come misuro la velocità angolare della cima?

measurements applied-mechanics

— ahemmetter
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Tecnicamente, la velocità massima viene raggiunta all'inizio della filatura; la velocità della trottola quindi ovviamente diminuisce a causa dell'attrito. Quindi quello che stai per misurare è più di una velocità media durante un periodo di tempo "rappresentativo" della velocità di rotazione della cima senza troppa frizione. La domanda è quindi, come si determina un tale periodo di tempo?

Un'altra idea sarebbe quella di allegare una stringa e trovare il numero di rotazioni in un determinato momento. Il raggio aumentato della "bobina" potrebbe in qualche modo compensare l'attrito e la velocità angolare più lenta.

— ahemmetter

Sì, la velocità massima è difficile da misurare, ma la velocità media all'inizio della rotazione è ciò di cui stavo chiedendo

— ahemmetter

È possibile acquistare tachimetri ottici relativamente economici che funzionano con un adesivo riflettente o, in molti casi, con una variazione ottica sufficiente per rotazione. Con un po 'di lavoro potresti far funzionare questo modulo da $ 5 oppure puoi comprarne uno completo come questi da circa $ 12

— Russell McMahon

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La lezione qui è: non seguire i consigli degli utenti casuali senza consultare la guida ufficiale . Idealmente, avresti eliminato la domanda sul sito originale prima che ricevesse una risposta o richiedessi l'aiuto di un moderatore per migrare la domanda qui. Ora abbiamo due della stessa domanda, risposta, su due siti, che non è l'ideale ma difficilmente la fine del mondo. Tienilo a mente per la prossima volta e i moderatori lo gestiranno da qui.

— Air

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Esistono diversi modi.

Il più diretto è dipingere metà del bianco superiore e l'altro nero, quindi puntare qualcosa con un sensore di luce. AC amplifica leggermente l'uscita, quindi determina la frequenza. Questo potrebbe essere con un contatore di frequenza deliberato, un ambito che visualizza direttamente la frequenza o un microcontrollore che programmate per trovare il periodo e, infine, mostrarvi la frequenza.

Un metodo standard è chiamato Stach Tach . Questa non è una misurazione della frequenza diretta, ma può funzionare abbastanza bene comunque. È uno strobo che lampeggia a una frequenza calibrata che è possibile regolare. Regoli il lampeggiamento dello strobo in modo che appaia "congela" la trottola, quindi osserva a quale frequenza è impostato lo strobo.

Ancora un altro modo per mettere la parte superiore su qualcosa accoppiato a un microfono. Ci saranno inevitabilmente degli squilibri, che causeranno vibrazioni alla frequenza di rotazione. Questo può essere amplificato e la frequenza determinata come il segnale luminoso nel primo suggerimento.

Se puoi magnetizzare la cosa che gira, puoi usare un pickup magnetico per ottenere un segnale simile a quello che il sensore di luce o il microfono produrrebbe.

— Olin Lathrop
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Probabilmente il metodo pratico più semplice per misurare la frequenza di una trottola con attrezzature di uso quotidiano è analizzare il suono creato dal movimento e cercare la frequenza caratteristica. Questo può essere fatto con un'app per l'analisi dello spettro che dovrebbe essere disponibile gratuitamente per la maggior parte degli smartphone.

Posiziona la trottola vicino al microfono del telefono e registra il suono con l'app per l'analisi dello spettro. Dovresti vedere diversi picchi nello spettro delle frequenze che si spostano lentamente verso le frequenze più basse mentre la parte superiore gira verso il basso. La più bassa dovrebbe essere la frequenza di rotazione e le altre sono armoniche a multipli interi.

Per ottenere un segnale chiaro è necessario il top per produrre un suono misurabile. Posizionarlo sopra un risuonatore vuoto potrebbe essere d'aiuto. Inoltre, se la parte superiore gira su una superficie che presenta una certa rugosità, questo migliorerà significativamente il suono, ma potrebbe disturbare ciò che si desidera misurare.

trottola

L'immagine mostra un test rapido che ho appena fatto. Ho usato un'app per iPhone chiamata "Spectrum Analyzer" che ha una bella modalità spettrografica. Come puoi vedere (anche se la scala è certamente difficile da leggere) la mia parte superiore ha creato un suono la cui componente di frequenza più bassa è iniziata a poco più di 100 Hz. Quindi la velocità angolare era di circa 600 rad / s.

— emil
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+1 È divertente che questo sia un metodo così semplice, ma non sarebbe stato accessibile alla maggior parte delle persone 5 anni fa.

— Chris Mueller,

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Puoi utilizzare la ruota del carro o l' effetto stroboscopico e contare quante volte la rotazione percepita ha invertito la direzione fino a quando non viene fermata.

Ciò ti consente di ottenere l'RPM senza una telecamera super slow motion.

— maniaco del cricchetto
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$T_p = 4\pi^2 I / mgrT_s$

È la distanza tra il punto fisso (in superficie) e il centro di massa? Inoltre, sono abbastanza sicuro di quale sia la distanza perpendicolare che hai scritto. Questi assi non si intersecano nel punto fisso?

— ahemmetter

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La risposta potrebbe essere quella di ottenere una luce stroboscopica a LED ad alta velocità. Quanto sarà facile / costoso dipende dalla velocità angolare con cui hai a che fare. Ci sono anche alcune app telefoniche che andranno a velocità moderate.

Regola la velocità dello stroboscopio per far sembrare fermo il segno sulla trottola. Ma questo sarà difficile perché la velocità non sarà costante.