MẶT TRỜI MẶT TRỜI LÀM BỘ THEO DÕI TẦM NHÌN: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Độ lớn cơ bản được sử dụng trong Vật lý và các ngành khoa học khác để mô tả chuyển động cơ học là tốc độ. Đo lường nó đã là một hoạt động thường xuyên trong các lớp thực nghiệm. Tôi thường sử dụng máy quay phim và phần mềm TRACKER để cùng học sinh nghiên cứu chuyển động của một số vật thể. Một khó khăn mà chúng tôi đã trải qua là: các đối tượng di chuyển với tốc độ tương đối cao bị mờ trong khung hình video, điều này dẫn đến sự không chắc chắn trong các phép đo được thực hiện bằng phần mềm. Các phương pháp và công cụ phổ biến nhất để nghiên cứu các đối tượng ở tốc độ tương đối cao dựa trên hiệu ứng DOPPLER và cảm biến quang học kết hợp với đồng hồ bấm giờ.

Trong HƯỚNG DẪN hiện tại, tôi tiếp cận một phương pháp thực nghiệm thay thế để đo tốc độ trung bình của một vật thể bằng cách sử dụng tấm pin mặt trời và máy hiện sóng. Nó được áp dụng trong các bài học phòng thí nghiệm của môn Vật lý (Cơ học cổ điển), cụ thể là trong chủ đề: Động học của chuyển động cơ học của phép tịnh tiến. Phương pháp được đề xuất và ứng dụng thử nghiệm của nó có thể áp dụng mạnh mẽ cho các nhiệm vụ thí nghiệm khác trong ngành Vật lý cho những người chưa tốt nghiệp và những người đã tốt nghiệp. Nó cũng có thể được sử dụng trong các khóa học khoa học khác, nơi những nội dung này được nghiên cứu.

Nếu bạn muốn rút ngắn cơ sở lý thuyết và đi trực tiếp vào cấu tạo bộ máy thí nghiệm, cách thực hiện các phép đo, vật liệu cần thiết và hình ảnh thiết kế của tôi, vui lòng chuyển thẳng đến bước 6.

Bước 1: Một số lý thuyết:

"Tốc độ" được gọi là quãng đường đi được của một đối tượng trong một khoảng thời gian nhất định. Tốc độ là đại lượng vô hướng, đó là độ lớn của vectơ vận tốc cũng yêu cầu hướng mà sự thay đổi vị trí xảy ra. Chúng ta sẽ nói trong HƯỚNG DẪN này để đo tốc độ, nhưng chúng ta sẽ thực sự đo tốc độ trung bình.

Bước 2: Đo tốc độ bằng bảng điều khiển năng lượng mặt trời?

Tấm pin mặt trời là thiết bị hoạt động theo nguyên lý của hiệu ứng quang điện và có chức năng chính là lưu thông dòng điện trong các mạch điện mà chúng được sử dụng. Ví dụ, các tấm pin mặt trời được sử dụng để vận hành một số loại đồng hồ, sạc pin các loại, cũng như trong các hệ thống phát điện xoay chiều cho mạng công cộng và trong gia đình. Ứng dụng nhiều, giá của nó trên thị trường ngày càng hấp dẫn và góp phần phát triển bền vững là điều rất lớn.

Do sự phát triển của công nghệ này đã trải qua, chúng tôi tìm thấy nó trong nhiều thiết bị, ví dụ như thiết bị tôi cho bạn xem được trích xuất từ một chiếc đèn pin rẻ tiền mà tôi đã lưu và hiện có một cách sử dụng mới.

Nguyên tắc là cơ bản. Khi một ánh sáng được chiếu qua một bảng điều khiển, nó gây ra sự khác biệt về hiệu điện thế (điện áp) tại các đầu nối của nó. Khi một vôn kế được kết nối, điều này có thể dễ dàng xác minh. Sự khác biệt về điện thế này là nguyên nhân dẫn đến sự lưu thông của dòng điện khi một thiết bị tiêu dùng được kết nối, ví dụ, một điện trở. Tùy thuộc vào "trở kháng" của mạch và đặc điểm của bảng điều khiển, nó sẽ lưu thông nhiều hay ít dòng điện. Liên quan đến dòng điện này, sự sụt giảm điện áp sẽ xảy ra ở các đầu cực của bảng điều khiển năng lượng mặt trời khi người tiêu dùng đã được kết nối, nhưng nếu trở kháng không đổi, điện áp cũng được giữ không đổi miễn là các đặc tính của ánh sáng cũng vậy. Vôn kế thường có trở kháng cao nên chúng sẽ ảnh hưởng rất ít đến điện áp được đo cùng với chúng. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu độ chiếu sáng thay đổi ?, điện áp cũng vậy và đây là biến số mà chúng ta sẽ sử dụng.

Tổng kết:

• Một tấm pin mặt trời khi được chiếu sáng sẽ hiển thị một hiệu điện thế trên các cực của nó có thể được đo bằng vôn kế.

• Hiệu điện thế không thay đổi nếu tổng trở của mạch và các đặc tính của sự chiếu sáng được giữ không đổi (phải nằm trong quang phổ nhạy của bảng để xảy ra hiệu ứng quang điện).

• Bất kỳ sự thay đổi nào về độ chiếu sáng sẽ dẫn đến sự thay đổi của hiệu điện thế, một biến số sẽ được sử dụng sau này để tính vận tốc của các vật trong thí nghiệm.

Dựa trên các giới luật trước, ý tưởng sau có thể được hình thành:

Bóng chiếu của một vật thể, chuyển động trên tấm pin mặt trời sẽ làm giảm điện áp đầu cuối của vật thể đó. Thời gian cần thiết cho sự giảm dần có thể được sử dụng để tính tốc độ trung bình mà vật đó chuyển động.

Bước 3: Thử nghiệm ban đầu

Trong video trước, các nguyên tắc dựa trên ý tưởng trước đó được thể hiện bằng thực nghiệm.

Hình ảnh cho thấy thời gian mà sự thay đổi điện áp kéo dài được vẽ bằng máy hiện sóng. Bằng cách định cấu hình chính xác chức năng kích hoạt, bạn có thể nhận được biểu đồ mà chúng tôi có thể đo thời gian đã trôi qua trong suốt biến thể. Trong cuộc biểu tình, sự thay đổi là khoảng 29,60ms.

Trên thực tế, bản nháp bảng đen trong thử nghiệm không phải là một đối tượng điểm, nó có kích thước. Đầu bên trái của cục tẩy bắt đầu chiếu bóng của nó lên bảng năng lượng mặt trời và do đó bắt đầu giảm điện áp xuống giá trị nhỏ nhất. Khi cục tẩy di chuyển ra xa và bảng điều khiển bắt đầu được phát hiện lại, điện áp sẽ tăng lên. Tổng thời gian đo được tương ứng với thời gian để hình chiếu của bóng đi qua toàn bộ bảng điều khiển. Nếu chúng ta đo chiều dài của vật thể (phải bằng hình chiếu của bóng của nó nếu chúng ta quan tâm nhất định), chúng ta cộng nó với chiều dài của vùng hoạt động của bảng và chia nó cho thời gian mà sự biến đổi điện áp kéo dài, thì chúng ta sẽ thu được tốc độ trung bình của đối tượng đó. Khi chiều dài của đối tượng để đo tốc độ của nó cao hơn về mặt định lượng so với vùng hoạt động của bảng điều khiển, bảng điều khiển có thể được coi là một đối tượng điểm mà không gây ra lỗi đáng chú ý trong phép đo (có nghĩa là không thêm chiều dài của nó vào chiều dài đối tượng).

Hãy làm một số phép tính (xem ảnh)

Bước 4: Để áp dụng phương pháp này, một số biện pháp phòng ngừa phải được đưa vào tài khoản

• Tấm pin mặt trời phải được chiếu sáng bằng nguồn sáng được cung cấp trong thiết kế thí nghiệm, tránh càng xa càng tốt các nguồn sáng khác ảnh hưởng đến nó.

• Các tia sáng phải chiếu vuông góc với bề mặt của tấm pin mặt trời.

• Đối tượng phải chiếu một bóng mờ được xác định rõ.

• Bề mặt của bảng điều khiển và mặt phẳng chứa hướng chuyển động phải song song với nhau.

Bước 5: Một bài tập điển hình

Xác định vận tốc của quả cầu rơi từ độ cao 1m, coi vận tốc có độ lớn là cero.

Nếu quả bóng rơi tự do thì rất đơn giản: xem hình

Trong điều kiện thực, giá trị trước đó có thể thấp hơn do tác động của ma sát với không khí. Hãy xác định nó bằng thực nghiệm.

Bước 6: Thiết kế, Thi công và Thực hiện Thí nghiệm:

• Dán một ống nhựa vào khu vực hoạt động của bảng điều khiển năng lượng mặt trời. • Hàn mới dẫn đến các thiết bị đầu cuối của bảng điều khiển năng lượng mặt trời để tránh tiếp điểm sai.

• Tạo giá đỡ cho cụm ống bảng điều khiển năng lượng mặt trời để nó có thể được giữ theo chiều ngang.

• Đặt đèn pin hoặc nguồn sáng khác trên một giá đỡ khác sao cho hình chiếu của ánh sáng phát ra chạm vuông góc với bảng điều khiển năng lượng mặt trời.

• Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng xem khi ánh sáng chiếu vào tấm pin mặt trời, giá trị điện áp không đổi lớn hơn 0 sẽ được ghi lại.

• Đặt cụm ống bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở mặt trước của đèn lồng, để lại khoảng hở lớn hơn vật thể có tốc độ bạn muốn đo. Cố gắng giữ nguồn sáng (đèn pin) từ bảng điều khiển năng lượng mặt trời càng xa càng tốt. Nếu ánh sáng của đèn được tạo ra bởi một con led duy nhất thì càng tốt.

• Đo từ trung tâm của bảng điều khiển năng lượng mặt trời và trở lên một khoảng cách một mét và đánh dấu nó vào thanh, tường hoặc tương tự.

• Kết nối đầu dò của máy hiện sóng với các cực của bảng điều khiển năng lượng mặt trời, tôn trọng cực tính.

• Đặt chính xác tùy chọn TRIGGER trên máy hiện sóng để có thể ghi lại tất cả sự thay đổi điện áp trong quá trình bóng tối trên bảng điều khiển đi qua. Trong trường hợp của tôi, các vạch chia thời gian là 5ms và các vạch chia điện áp trong thang đo là 500mv. Dòng của điện áp 0 phải được điều chỉnh xuống dưới để tất cả các biến thể sẽ phù hợp. Ngưỡng kích hoạt được đặt ngay dưới điện áp không đổi ban đầu.

• Đo chiều dài của đối tượng và của vùng hoạt động của bảng điều khiển, thêm chúng và viết nó ra để tính toán tốc độ.

• Thả cơ thể từ độ cao 1m sao cho bóng của nó cắt ngang chùm ánh sáng do đèn lồng chiếu vào.

• Đo thời gian của sự biến thiên điện áp bằng các con trỏ của dao động ký trên thang thời gian.

• Chia tổng độ dài đã thực hiện trước đó giữa thời gian đo trong máy hiện sóng.

• So sánh giá trị với các tính toán lý thuyết và đi đến kết luận (tính đến các yếu tố có thể gây ra sai số trong phép đo).

Kết quả thu được: xem pic

Bước 7: Một số lưu ý của thử nghiệm:

• Kết quả thu được dường như đúng với lý thuyết.

• Đối tượng được chọn cho thử nghiệm này không phải là lý tưởng, tôi dự định lặp lại nó với những đối tượng khác có thể tạo ra bóng được xác định rõ hơn và đối xứng để tránh có thể bị xoay trong khi rơi.

• Sẽ là lý tưởng nếu đặt ống bảng điều khiển và đèn lồng trên các bàn riêng biệt, để lại không gian trống.

• Thí nghiệm nên được lặp lại nhiều lần, cố gắng kiểm soát các nguyên nhân có thể gây ra sai số trong phép đo và nên sử dụng các phương pháp thống kê để thu được kết quả đáng tin cậy hơn.

Gợi ý về vật liệu và dụng cụ cho dự án này: Mặc dù tôi tin rằng bất kỳ máy hiện sóng kỹ thuật số, nguồn sáng và bảng điều khiển năng lượng mặt trời nào cũng có thể hoạt động, nhưng đây là những thứ tôi sử dụng.

PHẠM VI ATTEN

MẶT TRỜI MẶT TRỜI

ĐÈN PIN

Tất cả các vật liệu và công cụ được sử dụng trong các dự án của tôi có thể được mua thông qua Ebay. Nếu bạn nhấp vào liên kết sau và thực hiện mua hàng, bạn sẽ đóng góp để nhận được một khoản hoa hồng nhỏ.

EBAY.com

Tôi sẽ chờ đợi nhận xét, câu hỏi và đề xuất của bạn.

Cảm ơn bạn và theo dõi các dự án tiếp theo của tôi.