應(yīng)用筆記

結(jié)果 圖A36.3中所示的跡線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。如果沒有自動打印，請確保記下電壓和時間軸刻度的詳細信息。根據(jù)需要重復(fù)。

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

第1節(jié)：使用力傳感器校準數(shù)據(jù) Vno負載= 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 負載的電壓輸出- V 無負載 = 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)：找到貨車與緩沖器碰撞時的速度 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，碰撞車輛的動量為0.187 kg x 1.55 m·s -1或0.290 kg m·s -1。

第3節(jié)：找到碰撞動量的變化 脈沖，以及發(fā)生的動量的總變化，由電壓（力）下的面積 - 時間軌跡高于基線電壓表示。首先根據(jù)占用的小方塊數(shù)計算出來。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)在計算每個方格表示的脈沖或動量變化有多大。計算標記為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的脈沖或動量變化。因此每個方塊代表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)在計算每個方格表示的脈沖或動量變化有多大。計算標記為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的脈沖或動量變化。因此，每個方格代表0.0930 kg·ms -1 / 145或0.000641 kg·m·s -1， 并且跡線的面積（0.000641 kg·m·s -1 459）或0.294 kg·m·s -1。

找到貨車從緩沖區(qū)彈回的速度 由軌跡區(qū)域表示的動量變化將等于車輛在與緩沖器碰撞時的動量之和以及從緩沖器反彈回來的車輛的動量之和。 與緩沖器相撞的貨車動量為0.290 kg·m·s -1，因此其反彈動量必須為（0.294-0.290）kg·m·s -1 或0.004 kg·m·s -1。當貨車的質(zhì)量為0.187kg時，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的最后一項活動帶來了該單元處理的物理方面的許多方面：（i）時間常數(shù)RC如何影響電容器的放電速率及其上的電壓， （ii）當已知行程的時間和距離時如何計算（具有均勻加速度）加速度和速度，以及（iii）如何在力 - 時間圖下計算來自該區(qū)域的動量變化。 該活動分為兩部分。最初，學(xué)生們選擇他們認為能提供最安全保險杠的材料，讓馬車停下來。可以比較獲得的電壓（力） - 時間圖表的打印輸出，并且最長時間的最低電壓（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)和他們的碰撞圖來計算貨車從緩沖區(qū)反彈的速度。這樣就可以使用表達式，使用信息來校準傳感器，從而計算圖表下的區(qū)域 Vt = Vo.e -t / RC，并使用運動方程。 使用Pico DrDAQ或ADC-40/42和PicoScope軟件，獲得了有用的結(jié)果，時基設(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”時，獲得的跡線將保留在屏幕上。然后可以保存跟蹤，或者通過“自動保存”自動保存。 力傳感器是一個壓阻裝置，在接近15 N時是線性的。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早觸發(fā)。

技術(shù)筆記
儀器 旅行車（見建筑細節(jié)） 坡道（見建筑細節(jié)） 力傳感器（見結(jié)構(gòu)細節(jié)） RC定時裝置（見結(jié)構(gòu)細節(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MI029 PC運行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） 超柔軟連接線紅色JPR 780-080（僅適用于DrDAQ） 超柔軟連接線黑色JPR 780-081（僅適用于DrDAQ） 鋪磚（3）或?qū)嶒炇仪Ы镯敚蕴岣吲艿酪欢说乃?/span> 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 *對于DrDAQ連接是通過V和Gnd進行的，建議您將一個4毫米插頭端接的紅色引線擰入V，并將一個4毫米插頭端接的黑色引線擰入Gnd。 **對于ADC-40/42，通過BNC插頭連接至4 mm插頭引線。

制作馬車 Meccano零件： 法蘭盤11孔5孔（1）Frizinghall MO52 耳軸（5）Frizinghall M126 法蘭輪（4）Frizinghall MO20 軸長200毫米（鋸成兩個）Frizinghall MO13A / R. 彈簧夾金屬（4）Frizinghall MO35 螺栓6毫米奶酪頭鋅（6）Frizinghall MO37B / CZ 堅果六角形鋅（6）Frizinghall MO37C 平頭螺釘4毫米開槽（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車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） 堅果（2） 焊錫標簽（2） 連接線 PVC膠帶 砂布 鋁制角落經(jīng)過陽極氧化處理，因此整個區(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 堅果 螺栓 墊圈（2） 連接線 Cheesehead木螺釘1“（2） Plastiplug或類似產(chǎn)品（2） 使用螺絲和Plastiplugs將塑料下水管牢固地擰到磚上。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孔以允許力傳感器通風 - 注意其底部有一個通氣孔。 將兩個4毫米插座安裝在落水管的頂部表面上。 從PCB端子排上拆下四個端子引腳。將電池夾焊接到其中兩個。將導(dǎo)線焊接到另外兩個端子引腳，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端子排插銷插入插座外殼，這樣當它被推到力傳感器上時，連接與圖T36.3所示的連接相匹配。

用于制作RC定時單元

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 獲得膠水（Araldite Rapid或類似產(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的時間常數(shù)RC。通過將RC定時單元連接起來最容易實現(xiàn)，如圖T36.5所示。

將開關(guān)置于ON以對電容器充電并記下電壓表上的讀數(shù)。將開關(guān)置于OFF位置。現(xiàn)在在兩個白色插座之間放置一個短路引線，時間為10.0秒，然后移除短路引線。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)束時的電壓過高，請降低預(yù)設(shè)電阻，反之亦然。 注意：為了接近完美，在調(diào)整RC定時器單元時，應(yīng)該在該電路中包括貨車和軌道的接觸電阻，以使RC值達到10.0 s。實際上它們的電阻很低，幾十歐姆，并且確實在運行過程中變化。因此，建議忽略這種改進。