7. Spregnuta njihala Eksperimentalni postav i izvođenje mjerenja 1. Eksperimentalni postav Za mjerenje kuta njihala u vremenu koristi se potenciometar

Транскрипт

1 7. Spregnuta njihala Eksperimentalni postav i izvođenje mjerenja 1. Eksperimentalni postav Za mjerenje kuta njihala u vremenu koristi se potenciometar koji na izlazu daje napon odreden kutom njihala u datom trenutku. Cilj eksperimenta je bilježiti taj napon za oba njihala te analizirati njihovu ovisnost. Da bismo mogli vršiti mjerenja, najprije je potrebno spojiti napajanje za potenciometre u kutijama njihala. Za to služi Phywe ispravljač. Plave i crvene utičnice spajaju se na odgovarajude pozitivne odnosno negativne terminale na ispravljaču. Tome služi dvokanalni analogno - digitalni konverter (bijela kutija) koji je preko USBa spojen na računalo i upravljan programom u LabViewu. Napon je oko 13V, no nikako više od 15V! Preveliki naponi mogu uzrokovati oštedenja analogno - digitalnog konvertera. Njihala se s izvorom spajaju paralelno, tako da na oba potenciometra bude isti napon. Izlazni napon koji treba mjeriti pojavljuje se na žutim utičnicama; ulazi A/D konvertera se na njih spajaju, i to na način da se donje žute utičnice spoje na dvije crvene utičnice na kutiji ADCa (ulazi A i B), a gornje žute (djelomično zacrnjene) se spajaju zajedno i potom na crnu utičnicu na kutiji ADCa (GND, tj. uzemljenje). Na taj način dva potenciometra imaju zajedničko uzemljenje, a napone mjerimo dvokanalnim analogno - digitalnim konverterom. On ima veliki unutrašnji otpor i u krugu se ponaša kao običan voltmetar. Izvor uključite tek kad ste provjerili sve spojeve! Nakon priključivanja i provjere spojeva uključite izvor (sklopka na stražnjoj strani) i pokrenite program predviden za mjerenje. Bududi da u pripremi nema shematskog postava najbolje se voditi po dolje priloženoj slici 1. Slika 1: spojen eksperimentalni postav

2 Nakon što je sve spojeno na desktopu računala postoji ikona Njihala. Taj program je dizajniran u programu LabView te ga se ne smije nipošto mjenjati, inače daljnje mjerenje nede biti mogude, te de program trebati prilagođavati. Slika 2: Sučelje programa "Njihala" Slika 2. Prikazuje korisničko sučelje programa. Klikom na ikonu sa strelicom u gornjem ljevom kutu program se pokrede te radi kontinuiramo. Program automatski sprema mjerene podatke u mapu d:\njihala, kao što se može vidjeti na slici 2. Preporučeno je da se napravi nova mapa u mapi Njihala npr; d:\njihala\imeprezime te da se u njoj kreiraju 3 zasebne podmape: Faza, Protufaza i Udari. Program sprema podatke u obliku: Brojmjerenja_mjerenjeA.txt Brojmjerenja_mjerenjeB.txt Za svako mjerenje imamo dva ispisa gdje je slovom A ili B označen ispis pojedinog njihala.

3 Kako imamo po sedam mjerenja za svaki mod titranja program de sveukupno spremiti 42 datoteke sa mjerenjima. Iz ovog razloga je najbolje napraviti tri zasebne podmape, naime, lako je se izgubiti u mjerenjima te nakon nekog vremena ne znate koje Vam mjerenje što predstavlja. Isto tako na slici je vidljivo da se može mijenjati frekvencija. Ona treba biti na maksimalnoj vrijednosti koja je 20Hz jer je tako lakše očitati podatke kasnije sa grafa, frekvencija zapravo predstavlja broj točaka u sekundi koje de program izmjeriti i spremiti. Kada krene mjerenje tipkom Save output file spremamo podatke u mapu koju smo odredili unaprjed. Preporučljivo je da to provjerite ulaskom u mapu. Program sprema podatke u sljededem obliku: Ljevi stupac predstavlja vrijeme dok desni predstavlja napon mjerene u ovisnosti o oklonu. Mjerenje se zaustavlja tipkom Stop. 1. Mjerenje perioda njihala U prvom mjerenju treba uskladiti periode njiihala tj svako njihalo treba zanjihati te spremati podatke iz kojih se kasnije očita period. Bitno je naglasiti da su dva njihala indentična te da je duljina njihala stalna, tako da treba dobiti dva ista perioda tj.trebaju biti unutar pogrešaka mjerenja. Isti periodu su jako bitni jer je to predpostavljeno teroijskim razmatranjem. Ako ste dobili dva različita perioda to znači da ste nešto krivo napravili te treba ponoviti mjernje. Ovo mjernje se može izvršiti tako da oba nihala pomaknete iz ravnotežnog položaja (ne smiju se doticati ni u jednom trenutku) te ih pustite. Mjerenje treba trajati barem 10 perioda da bi mjerenje bilo što preciznije. 2. Mjernje konstante opruge Oprugu je najbolje ovjesiti na neko Vama zgodno mjesto te se mjern njena početna duljina. Zatim se na nju ovješavaju utezi od kojih svaki ima 10g. Svaki put kad se uteg ovjesi izmjerimo koliko je produljenje te prema Hook-ovom zakonu F X =-kx uz pomod MNK utvrdimo kolika je konstanta opruge.

4 3. Mjerenje faznih gibanja Oprugu zakačimo na oba nihala na 30cm od ovjesišta njihala. Na njihalim imamo plastične steznike koji se mogu pomicati gore-dolje te za njih zakačimo oprugu. Tada dva njihala treba pomaknuti za jednak početni kut. Pomicanje njihala za isti kut je poprilično teško(ako pomaknete za malo manji kut nastupe udari) te je to mjerenje najbolje napraviti na načina da uzmete štap te ga rukama učvrstite na početnu udaljenost. Zatima njihala otklonite (prodržavajudi njihala rukama dok je štap na istoj duljini) u jednu stranu kao što prikazuje slika 3. Na taj način ste siguni da su njihala pomaknuta približno za isti kut, te samim time eliminirate pogrešku koja može nastati u mjernju. Slika 3: Mjernje titranja "u fazi" Mjerenje treba ponoviti za svakih 10cm počevši od 30cm sve do 90cm i najbolje bi bilo da ga spremate u mapu d:\njihala\imeprezime\faza, tako znate da vam je prvo mjernje za 30cm drugo za 40cm, te sve tako do sedmog za 90cm. 4. Mjerenje njihala u protufazi Opruga se stavi u počeni položaj na 30cm od ovjesišta. Kod ovog mjernje poželjno je nekom ljepljivom trakom izolirati oprugu na krajevima. Naime opruga za razliku od prvog mjerenja nije konstantno produljena, a njihala nemaju cijelo vrijeme isti otklon, bududi da imamo tazlike napona na ovjesištima javlja se struja koja poteče iz jednog njihala u drugo..

5 Ta struja uzrokuje vrlo jake šumove te onemogudava precizno mjerenje. Mjerenje se izvodi tako da se dva njihala spoje u sredini te se puste. Tako imamo najbolje i najpreciznije mjernje, kao što je prikazano na slici 4. Mjernje se također vrši 7 puta svakih 10cm. Poželjno je mjerenja spremati u mapu...imeprezime\protufaza. Slika 4:Mjernje titranja "u potufazi" 5. Mjerenje udara Udari se mjere na način da jedno njihalo miruje dok drugo pomaknemo. Tada možemo vidjeti kako nasupaju udari. Kod udara je bitno da pustite svako mjerenje minimalno 5min. Udari imaju i do nekoliko puta vedi period od njhala u svrhu te smanjenja pogreške trebamo imati duže vrijeme mjerenja. Ovo mjernje također izvodite 7 puta počevši od 30cm svakih 10cm sve do 90cm. 6. Obrada podataka Za obradu podataka možete koristiti program Excel, no on je nepraktičan kada trebate odrediti periode njihala. Preporučen je program QtiPlot kojeg možete preuzeti sa stranica Fizičkog Praktikuma 3.

6 Prednost QtiPlot- a je u tome što se dani graf može zumirati te odrediti položaj promatrane točke. Bududi da su periodi dvaju njihala isti kod obrade podataka se obrađuju mjerenja samo jednog njihala, A ili B, što je proizvoljno, ali tada se obrađuju podatci samo tog njihala. Slika 5:Korisničko sučelje QtiPlot-a Na slici 5. Vidite izgled izgled korisničkog sučelje programa QtiPlot. Nakon što unesemo podatke koje smo mjerili u dvije kolone, kliom na drugu ikonu u tredoj alatoj traci (ikona sa tri dijagonalne točkice) program otvara novi prozor sa nacrtanim grafom što također vidite na slici 5. Uprvoj alatnoj traci postoji ikona za zumiranje grafa(ikona sa povedalom), te scrolanjem miša povedavamo ili smanjujemo sliku. Slika 6:QtiPlot - zumirani graf njihala

7 Kada zumirano graf kliknemo na ikonu u prvoj alatnoj traci Move data points na slici 6. ikona je označena. Pomicanjem kursora na točku pokazuju se njene koordinate. Bududi da je razlika vremena između dvije najniže točke period samog njihala, oduzimanjem x koordinata točaka dolazimo na relativno jednostavan i točan način do perioda kao što je vidljivo na slici 7. Bitno je naglasiti da nede uvijek biti sve najniže toče u istoj ravnini, tada uzimate onu koja najbolje odgovara sljededoj najnižoj točci te se ta pogreška reducira uzimanjem vedeg broja perioda. Slika 7:Grafičko određivanje perioda njihala Sve ostale upute se mogu pronadi na stranicama Fizičkog praktikuma 3 u orginalim Phyweovim uputama gdje je između ostalog prikazano jedno mjerenje te kako ono mora izgledati.