Πέμπτη 23 Ιουνίου 2016

Προσδιορισμός της επιτάχυνσης της βαρύτητας με χρήση της κάρτας ήχου (μέθοδος απλού εκκρεμούς - Ι)

Τα μικρόφωνα που συνήθως χρησιμοποιούνται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές είναι τύπου electret, τα οποία για τη λειτουργία τους χρειάζονται εξωτερική τροφοδοσία. Για το λόγο αυτό η είσοδος μικροφώνου της κάρτας ήχου παρέχει την απαραίτητη τάση πόλωσης.

Μονοφωνική είσοδος μικροφώνου

Εκμεταλευόμενοι αυτή την τάση πόλωσης μπορούμε να συνδέσουμε στην είσοδο μικροφώνου ένα μαγνητικό διακόπτη (reed switch) ο οποίος είναι κανονικά ανοικτός και κλείνει όταν βρεθεί μέσα σε μαγνητικό πεδίο.

Λειτουργία του κανονικά ανοικτού μαγνητικού διακόπτη (reed switch)

Σε ένα βύσμα τύπου audio jack και μέσω κατάλληλου καλωδίου συνδέσουμε το διακόπτη reed όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα.

Σύνδεση του μαγνητικού διακόπτη στην είσοδο μικροφώνου της κάρτας ήχου

Όταν ένας μαγνήτης, κινούμενος σε μικρή απόσταση από το διακόπτη reed, διατρέχει το διακόπτη κατά μήκος του, δημιουργείται στην είσοδο του μικροφώνου ηλεκτρικό σήμα που μπορεί να καταγραφεί μέσω του λογισμικού ηχογράφησης και επεξεργασίας ήχου Audacity.

Το σήμα που παράγει η κίνηση ενός μαγνήτη κατά μήκος του μαγνητικού διακόπτη
Κατασκευάζουμε εκκρεμές μήκους L = 0,735 m. Αντί σφαιριδίου χρησιμοποιούμε μικρό μεταλλικό κύλινδρο μάζας περίπου 50 g, στο κάτω άκρο του οποίου στερεώνεται μικρός αλλά ισχυρός μαγνητικός δίσκος νεοδυμίου. Στη θέση ισορροπίας του εκκρεμούς και ακριβώς κάτω από το μαγνήτη και σε απόσταση 3-4 mm από αυτόν τοποθετείται ο συνδεδεμένος στην κάρτα ήχου μαγνητικός διακόπτης. Κατά την ταλάντωση του εκκρεμούς ο μαγνήτης διατρέχει κατά μήκος το διακόπτη reed και παράγει το παραπάνω σήμα κάθε φορά που διέρχεται από το διακόπτη. Καταγράφουμε τουλάχιστον 5 πλήρεις ταλαντώσεις (δηλ. 10 πλήρη σήματα) με το λογισμικό Audacity.

Καταγραφή ταλαντώσεων του εκκρεμούς με το Audacity

Επιλέγουμε το τμήμα του σήματος από μια "έξοδο" του μαγνήτη από το διακόπτη και μέχρι τη δέκατη μετά από αυτή "έξοδο" του μαγνήτη. Το χρονικό διάστημα Δt = 8,573968 s που επιστρέφει το Audacity αντιστοιχεί σε 5 πλήρεις ταλαντώσεις, οπότε η περίοδος προκύπτει:


και τελικά η επιτάχυνση της βαρύτητας υπολογίζεται ως:




Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου