應(yīng)用筆記

結(jié)果 圖A36.3中所示的跡線(xiàn)顯示了與填充有泡沫海綿的緩沖液發(fā)生碰撞的結(jié)果。

碰撞后記錄最終電壓表讀數(shù)Vt，并在屏幕軌跡的方格紙上獲得打印輸出。如果沒(méi)有自動(dòng)打印，請(qǐng)確保記下電壓和時(shí)間軸刻度的詳細(xì)信息。根據(jù)需要重復(fù)。

結(jié)果分析 第1部分：通常，對(duì)于對(duì)乘客造成最小危險(xiǎn)或?qū)\(yùn)輸材料造成損害的沖擊，碰撞的力（電壓） - 時(shí)間軌跡應(yīng)盡可能長(zhǎng)（及時(shí)）并且幅度盡可能小。比較不同緩沖設(shè)計(jì)的走線(xiàn)，看誰(shuí)有最好的能量吸收結(jié)構(gòu)。 第2部分：使用兩個(gè)電壓表讀數(shù)Vo和Vt，電容器放電時(shí)貨車(chē)行進(jìn)的距離，以及定時(shí)電路中電阻 - 電容器組合的RC值，以計(jì)算放電持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間，等等發(fā)生這種情況時(shí)，旅行車(chē)的行駛時(shí)間。注意到在此時(shí)間之后發(fā)生與傳感器的碰撞，計(jì)算出貨車(chē)撞擊緩沖器的速度及其動(dòng)量。（假設(shè)沿斜坡均勻加速。）如果您需要幫助，請(qǐng)參閱附加表第2部分。 使用電壓 - 時(shí)間軌跡，產(chǎn)生100 mV電壓輸出的力值，以及與緩沖器碰撞前的車(chē)輛動(dòng)量值，計(jì)算從緩沖器反彈回來(lái)的速度。如果您需要幫助，請(qǐng)參閱其他說(shuō)明。

第1節(jié)：使用力傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù) Vno負(fù)載= 15 mV Vload = 36 mV 帶砂的箱子重量= 100 gf = 0.1 kgf = 0.1 kg 9.8 N kg -1 = 0.98 N 因此0.98 N 的力產(chǎn)生V 負(fù)載的電壓輸出- V 無(wú)負(fù)載 = 21毫伏。 因此，0.98 X（100/21）N或4.67 N產(chǎn)生100 mV的電壓輸出。

第2節(jié)：找到貨車(chē)與緩沖器碰撞時(shí)的速度 V0 = 6.08V Vt = 5.49V，平均 RC = 10.0s

因此，取Vt = V 0 xe -t / RC，其中t是放電時(shí)間，我們將日志記錄到基數(shù)e： log e Vt = log e V0 - t / RC。登錄? ?

給出log e 5.49 = log e 6.08 - （t / 10）x 1 所以1.703 = 1.805 - t / 10，所以t = 1.02 s

行進(jìn)沿著跑道而電容器的距離被排出物0.79米所以，使用S = UT +?at2，我們有： 0.79 = 0 +（0.5 xax 1.022），因此a = 1.52 m·s -2 因此，與緩沖器碰撞的速度由v = u +給出，其中v = 0 + 1.52 m·s -2 x 1.02 s = 1.55 m·s -1。 因此，碰撞車(chē)輛的動(dòng)量為0.187 kg x 1.55 m·s -1或0.290 kg m·s -1。

第3節(jié)：找到碰撞動(dòng)量的變化 脈沖，以及發(fā)生的動(dòng)量的總變化，由電壓（力）下的面積 - 時(shí)間軌跡高于基線(xiàn)電壓表示。首先根據(jù)占用的小方塊數(shù)計(jì)算出來(lái)。在圖36.3中的區(qū)域A所示的位置（如上圖所示），方格數(shù)為459。 現(xiàn)在計(jì)算每個(gè)方格表示的脈沖或動(dòng)量變化有多大。計(jì)算標(biāo)記為B（150至250 mV）x（-20至0 ms）區(qū)域內(nèi)方格紙上的方塊數(shù)。在圖36.4中，它是145.100mV表示4.67N的力，因此該正方形數(shù)表示（4.67N×20ms）或0.0930Ns或0.0930kgm·s -1的脈沖或動(dòng)量變化。因此每個(gè)方塊代表0.0930 kg m·s -1 / 145或0.000641 kg·m·s -1 和痕量區(qū)域（0.000641 kg ms-1 459）或0.294 kg ms-1。 現(xiàn)在計(jì)算每個(gè)方格表示的脈沖或動(dòng)量變化有多大。計(jì)算標(biāo)記為B（150至250 mV）X（-20至0 ms）區(qū)域內(nèi)方格紙上的方塊數(shù)。在圖36.4中，它是145. 100 mV表示4.67 N的力，因此該平方數(shù)表示（4.67 N x 20 ms）或0.0930 N·s或0.0930 kg·ms -1的脈沖或動(dòng)量變化。因此，每個(gè)方格代表0.0930 kg·ms -1 / 145或0.000641 kg·m·s -1， 并且跡線(xiàn)的面積（0.000641 kg·m·s -1 459）或0.294 kg·m·s -1。

找到貨車(chē)從緩沖區(qū)彈回的速度 由軌跡區(qū)域表示的動(dòng)量變化將等于車(chē)輛在與緩沖器碰撞時(shí)的動(dòng)量之和以及從緩沖器反彈回來(lái)的車(chē)輛的動(dòng)量之和。 與緩沖器相撞的貨車(chē)動(dòng)量為0.290 kg·m·s -1，因此其反彈動(dòng)量必須為（0.294-0.290）kg·m·s -1 或0.004 kg·m·s -1。當(dāng)貨車(chē)的質(zhì)量為0.187kg時(shí)，其反彈速度為0.004kg·m·s-1 / 0.187kg = 0.021m·s -1。

筆記 A2單元Transport on Track的最后一項(xiàng)活動(dòng)帶來(lái)了該單元處理的物理方面的許多方面：（i）時(shí)間常數(shù)RC如何影響電容器的放電速率及其上的電壓， （ii）當(dāng)已知行程的時(shí)間和距離時(shí)如何計(jì)算（具有均勻加速度）加速度和速度，以及（iii）如何在力 - 時(shí)間圖下計(jì)算來(lái)自該區(qū)域的動(dòng)量變化。 該活動(dòng)分為兩部分。最初，學(xué)生們選擇他們認(rèn)為能提供最安全保險(xiǎn)杠的材料，讓馬車(chē)停下來(lái)。可以比較獲得的電壓（力） - 時(shí)間圖表的打印輸出，并且最長(zhǎng)時(shí)間的最低電壓（力）將成為贏家。 在第二部分，可能是完成家庭作業(yè)，學(xué)生可以使用收集的其余數(shù)據(jù)和他們的碰撞圖來(lái)計(jì)算貨車(chē)從緩沖區(qū)反彈的速度。這樣就可以使用表達(dá)式，使用信息來(lái)校準(zhǔn)傳感器，從而計(jì)算圖表下的區(qū)域 Vt = Vo.e -t / RC，并使用運(yùn)動(dòng)方程。 使用Pico DrDAQ或ADC-40/42和PicoScope軟件，獲得了有用的結(jié)果，時(shí)基設(shè)置為20 ms / div; 單觸發(fā)觸發(fā)，觸發(fā)電平上升，約20 mV *; X增益為1; Y增益為20; 并且％提前-10％。觸發(fā)設(shè)置為“單個(gè)”時(shí)，獲得的跡線(xiàn)將保留在屏幕上。然后可以保存跟蹤，或者通過(guò)“自動(dòng)保存”自動(dòng)保存。 力傳感器是一個(gè)壓阻裝置，在接近15 N時(shí)是線(xiàn)性的。與柱塞的任何偏心碰撞都具有最小的影響，盡管最好將緩沖箱安排在盡可能中心位置。 您可以降低此值，但必須足夠高以防止過(guò)早觸發(fā)。

技術(shù)筆記
儀器 旅行車(chē)（見(jiàn)建筑細(xì)節(jié)） 坡道（見(jiàn)建筑細(xì)節(jié)） 力傳感器（見(jiàn)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)） RC定時(shí)裝置（見(jiàn)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)） 電壓表0 - 10 V fsd Pico DrDAQ *或ADC-40/42 ** BNC插頭至4 mm插頭（僅適用于ADC-40/42）Pico部件無(wú)MI029 PC運(yùn)行PicoScope 6 V電池 信息 4 mm可堆疊插頭紅色JPR 705-285（僅適用于DrDAQ） 4 mm可堆疊插頭黑色JPR 705-286（僅適用于DrDAQ） 超柔軟連接線(xiàn)紅色JPR 780-080（僅適用于DrDAQ） 超柔軟連接線(xiàn)黑色JPR 780-081（僅適用于DrDAQ） 鋪磚（3）或?qū)嶒?yàn)室千斤頂，以提高跑道一端的水平 各種緩沖材料 - 海綿，衛(wèi)生紙，綠洲泡沫，廚房巾，紙板，鋁箔，紙吸管，塑料袋，氣球，Blu-Tack，Soft Stuff（玩具店），橡皮泥 盆栽盒（中等大小）Maplin FD97 氈尖筆 儀表規(guī)則 砂布 Sellotape（透明膠帶） 剪刀 *對(duì)于DrDAQ連接是通過(guò)V和Gnd進(jìn)行的，建議您將一個(gè)4毫米插頭端接的紅色引線(xiàn)擰入V，并將一個(gè)4毫米插頭端接的黑色引線(xiàn)擰入Gnd。 **對(duì)于ADC-40/42，通過(guò)BNC插頭連接至4 mm插頭引線(xiàn)。

制作馬車(chē) Meccano零件： 法蘭盤(pán)11孔5孔（1）Frizinghall MO52 耳軸（5）Frizinghall M126 法蘭輪（4）Frizinghall MO20 軸長(zhǎng)200毫米（鋸成兩個(gè)）Frizinghall MO13A / R. 彈簧夾金屬（4）Frizinghall MO35 螺栓6毫米奶酪頭鋅（6）Frizinghall MO37B / CZ 堅(jiān)果六角形鋅（6）Frizinghall MO37C 平頭螺釘4毫米開(kāi)槽（4）Frizinghall MO69A 木制抽屜旋鈕，例如B和Q Sml Mush Knob RD509 在使用前，需要用金剛砂布清潔貨車(chē)車(chē)輪和軌道之間的接觸面。清潔輪軸的平頭螺釘接觸的軸桿也是明智之舉。

用于制作坡道 刨花板架150毫米x 1.5米DIY 木制面料25毫米x 25毫米x 150毫米DIY 鋁角15 mm x 15 mm x 1 mm x 1 m（2）B和Q. 刨花板螺絲（6） 沉頭螺釘1.5（2） 4毫米插座白色（2）JPR 705-210 螺栓（2） 堅(jiān)果（2） 焊錫標(biāo)簽（2） 連接線(xiàn) PVC膠帶 砂布 鋁制角落經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理，因此整個(gè)區(qū)域都有非導(dǎo)電涂層。如圖T36.2所示，以及螺母，螺栓和焊料連接處，需要將其拆下。用砂布去除涂層。將PVC膠帶放在要保持絕緣的鋁材上。

用于制作力傳感器 鋪磚 塑料落水管15厘米DIY 霍尼韋爾力傳感器FSG15N1A Farnell 721-6671 力傳感器安裝支架Farnell 721-6683 4毫米插座紅色JPR 705-210 4毫米插座黑色JPR 705-206 電池夾PP3型Maplin HF28F 9V PP3堿性電池 插座外殼PCB閂Hseng 4路Maplin HB58N PCB端子Maplin YW25C 堅(jiān)果 螺栓 墊圈（2） 連接線(xiàn) Cheesehead木螺釘1“（2） Plastiplug或類(lèi)似產(chǎn)品（2） 使用螺絲和Plastiplugs將塑料下水管牢固地?cái)Q到磚上。將力傳感器在其夾子中心（垂直和水平）固定在下導(dǎo)管的平坦前表面上。但是，確保在下水管中形成一個(gè)孔以允許力傳感器通風(fēng) - 注意其底部有一個(gè)通氣孔。 將兩個(gè)4毫米插座安裝在落水管的頂部表面上。 從PCB端子排上拆下四個(gè)端子引腳。將電池夾焊接到其中兩個(gè)。將導(dǎo)線(xiàn)焊接到另外兩個(gè)端子引腳，然后將它們分別連接到下降管上的紅色和黑色插座。現(xiàn)在將PCB端子排插銷(xiāo)插入插座外殼，這樣當(dāng)它被推到力傳感器上時(shí)，連接與圖T36.3所示的連接相匹配。

用于制作RC定時(shí)單元

方形塑料落水管（鋸成兩半）DIY 電容10000 mF 16 V Maplin AU13P * 2.2 k垂直封閉式碳預(yù)置UH14Q Maplin 切換SPDT切換JPR 800-352 4毫米插座白色（2）JPR 800-352 4毫米插座紅色（2）JPR 705-210 4毫米插座黑色（2）JPR 705-206 連接線(xiàn) 獲得膠水（Araldite Rapid或類(lèi)似產(chǎn)品） 使用秒表 *電容必須是低泄漏。

調(diào)整2.2kΩ預(yù)置電阻的值，使其與10000 mF電容組合，得到10.0 s的時(shí)間常數(shù)RC。通過(guò)將RC定時(shí)單元連接起來(lái)最容易實(shí)現(xiàn)，如圖T36.5所示。

將開(kāi)關(guān)置于ON以對(duì)電容器充電并記下電壓表上的讀數(shù)。將開(kāi)關(guān)置于OFF位置。現(xiàn)在在兩個(gè)白色插座之間放置一個(gè)短路引線(xiàn)，時(shí)間為10.0秒，然后移除短路引線(xiàn)。電壓表上的讀數(shù)現(xiàn)在需要是最初的0.37（1 / e）。重復(fù)，調(diào)整預(yù)設(shè)電阻，直到出現(xiàn)這種情況。 如果結(jié)束時(shí)的電壓過(guò)高，請(qǐng)降低預(yù)設(shè)電阻，反之亦然。 注意：為了接近完美，在調(diào)整RC定時(shí)器單元時(shí)，應(yīng)該在該電路中包括貨車(chē)和軌道的接觸電阻，以使RC值達(dá)到10.0 s。實(shí)際上它們的電阻很低，幾十歐姆，并且確實(shí)在運(yùn)行過(guò)程中變化。因此，建議忽略這種改進(jìn)。