Souprava pro mechaniku s optickým snímáním pohybu (Vernier Motion Encoder System)
umožňuje vám a vašim studentům
určovat polohu vozíku jako funkci času
snadno a s vysokou přesností.
Používá se podobně jako sonarový detektor pohybu,
ale nedoprovází ji obtíže
s detekcí okolních objektů
a jinými druhy rušení ve třídě.
Například, kdybych umístil sonar na tuhle stranu dráhy
a zde měl obrazovku počítače,
byl by detektor k vozíku
po většinu dráhy zcela slepý.
Souprava pro mechaniku s optickým snímáním pohybu
sestává ze tří novinek.
Za prvé, na dráze je vytištěn pruhovaný vzorek.
Proužky vzorku se opakují po 4 milimetrech,
což umožňuje určit polohu vozíku
na nejbližší milimetr.
Na spodní straně vozíku je senzor.
Senzor sleduje míjení proužků na dráze.
Tato informace je infračerveným paprskem
odesílána do přijímače.
Přijímač je zapojen do rozhraní,
v tomto případě používám LabQuest Mini,
ale mohl bych právě tak použít LabQuest 2
nebo LabPro nebo dokonce i původní LabQuest.
Rozhraní je připojeno k počítači
a dnes k zobrazení pohybu
použiji Logger Pro.
Umístím vozík na horní konec
a spustím program.
Teď určuje počáteční polohu.
Když nechám vozík sjíždět dolů,
vidíme na obrazovce,
že ukazuje okamžitou polohu
zde na digitálním ukazateli.
Spustím měření a postrčím vozík.
Vyjede nahoru a zase se vrátí zpět,
přičemž se pohybuje s konstantním zrychlením.
Když se podívám na měření polohy,
dostávám krásnou hladkou parabolu.
Nejsou tu žádné „hrby“, nic navíc
co bychom museli studentům vysvětlovat.
Graf rychlosti ukazuje pěkně přímkový úsek
odpovídající přirozeně tomu, kdy se vozík pohyboval volně.
Mohu udělat analýzu dat -
vyberu oblast grafu
a zvolím, že chci proložit kvadratickou funkcí.
A opravdu, fitovaná křivka sedí poměrně dobře
a vidíme, že měřená data odpovídají
očekávané parabolické závislosti.
Mohu přejít do grafu rychlosti,
vybrat úsek s konstantním zrychlením
a zvolit proložení přímkou.
A skutečně, vidíme, že fit je velmi dobrý
a dává mi slušný odhad hodnoty zrychlení.
Jedna z věcí, které se sonarem
dosáhnete jen velmi těžko,
je zobrazení kvalitních grafů zrychlení.
Často jsou dost zašuměné, příliš na to, abyste je používali se studenty.
Pojďme se podívat, jak graf zrychlení vypadá
s touto soupravou s optickým snímáním pohybu.
Jednoduše kliknu na popisku osy Y
a získám závislost zrychlení.
Vidíte, že ta část grafu,
která odpovídá volnému pohybu vozíku,
je zhruba konstantní.
Dokonce mohu jít i o krok dál za graf zrychlení,
což je druhá derivace polohy.
Pojďme se podívat na graf ryvu
v závislosti na čase.
Ryv je třetí derivace polohy.
Takový graf se se sonarovým detektorem pohybu
vytvořit zkrátka nedá, protože je příliš zašuměný.
Ale teď ten graf vykreslím a podíváme se na něj.
Vzhledem k tomu, že grafem zrychlení je konstanta,
grafem ryvu by v tomto intervalu měla být nula,
a skutečně tomu tak je.
Tohle bychom se sonarovým detektorem pohybu dosáhli jen stěží.
Soupravu s optickým snímáním pohybu můžete pořídit
jako celou sadu se dvěma vozíky, dráhou,
přijímačem a dalším vybavením.
Můžete ale také koupit jednotlivé díly a povýšit tak
soupravu pro mechaniku (VDS), kterou již vlastníte
na soupravu s optickým snímáním pohybu.
Pokud chcete, můžete k soupravě přidat
druhý přijímač a vozík
a sledovat polohy dvou vozíků,
což umožní předvádět srážkové experimenty
a demonstrovat zachovávání hybnosti a zachovávání energie.
Tak to je Souprava s optickým snímáním pohybu (VDS-EC).
Více informací najdete na www.vernier.cz/VDS-EC