5 ways 2 g

De wikijoan
Salta a la navegació Salta a la cerca

5 maneres de calcular g

Pluja d'idees

  • és un espectacle dirigit als Instituts de Batxillerat
  • és un espectacle artístic. Com a tal, l'actor-presentador ha d'anar disfressat, i està fent una performance. S'ha d'inculcar als alumnes la idea que estan assisting a una performance.
  • Coses que s'han de buscar: interactivitat, música, donar importància a l'aspecte musical i sonor: és un espectacle, una obra artística.
  • Primer es fa l'espectacle: silenci total dels espectadors. L'espectacle és mut, no es diu res; després les explicacions tecnològiques i didàctiques; finalment, la ronda de preguntes.
  • fer una llista de pràctiques de física susceptibles. També s'han de poder fer pràctiques de biologia, mates,... adequades a cada edat.
  • com a mínim ha d'haver-hi dos espectacles muntats per oferir. El segon podria estar relacionat amb teoria musical, amb demostracions divertides... amb la idea que sempre havia buscat.
  • Promoció: expodidàctica i similars, instituts, escoles
  • per fer els càlculs, per exemple sumes, multiplicacions o divisions. Puc fer de forma gràfica el mètode tradicional de quan s'aprèn a l'escola. S'ha de buscar el sentit de l'humor, l'aspecte trencador. Afegir aspectes sonors, colors,... a la multiplicació.
  • projecció a gran pantalla, performance, síntesi de veu (el resultat el canto amb síntesi de veu, espeak).
  • cuidar la qualitat del so: amplificació, altaveus.

Maneres de mesurar g

  • personales.upv.es/jpadin/tema621.pdf

llegeixo a 6.1. Medidas de la gravedad:

La gravedad en la tierra puede ser medida como mínimo de cuatro formas diferentes:

(1) Mediante la caída libre de una carga testigo.
(2) también mediante la oscilación de un péndulo en libre oscilación.
(3) o mediante el análisis de la oscilación de una masa pareja a un muelle.
(4) o bien mediante el análisis de las oscilaciones de una masa testigo solidaria a una fibra.

Els mètodes que jo faré seran:

(1) amb un sensor acceleromètric
(2) Màquina d'Atwood
(3) amb un pla inclinat
(4) amb un pèndol
(5) amb una molla

1) amb un acceleròmetre es pot trobar un acceleròmetre de tres eixos a sparkfun, per 20$:

Amb arduino s'implementa aquest acceleròmetre i una memòria EEPROM, per fer data logging. Es fica tot el conjunt en una bola. Llenço la bola cap amunt, i en el procés de pujar i baixar es van agafant les dades. Es volquen les dades a l'ordinador pel port sèrie, i es fa el valor absolut dels valors dels tres eixos. Teòricament s'ha d'obtenir el valor de g. Fer recta de regressió, desviació típica, i càlcul de l'error.

2) Atwood's Machine

La idea és la mateixa que la caiguda lliure d'un cos. La única cosa és que en comptes de mesurar g es mesura a, que és una acceleració menor que té a veure amb la massa relativa dels dos cossos. x=1/2*a*t^2. Mesurant x i t es calcula a, i a partir d'a es calcula g sabent la massa dels dos cossos. Era interessant en èpoques anteriors, quan no hi havia cronòmetres de precisió.

Per tant, aquest mètode és equivalent a la caiguda lliure d'un cos:

3) pla inclinat

4) amb un pèndol

5) amb una molla

1) amb un acceleròmetre

Notes de la part d'electrònica

La idea és que totes les 5 maneres estiguin integrades amb una sola placa d'arduino (feta amb paperduino). La placa de l'arduino estarà connectada a l'ordinador pel port sèrie, i d'aquesta manera el software de l'ordinador va rebent tota la informació necessària per fer els càlculs i demés. Necessitaré implementar:

1) amb un acceleròmetre

necessito el sensor acceleromètric de tres eixos. Entraré el senyal de cada eix per una entrada analògica. En teoria, el mòdul (valor absolut) d'aquests tres senyals és g. El càlcul es fa en el arduino o en el software de l'ordinador.

Realització del projecte:

2) Atwood's Machine

implementaré una balança amb 4 sensors de força (FSR). Amb un sensor d'efecte hall (i un iman), i el rellotge intern de l'arduino, puc calcular el temps. La longitud de la caiguda ja la sé (o es calcula al moment). Amb tota aquesta informació ja es pot calcular g.

Realització de la balança:

3) pla inclinat

la inclinació es mesura al moment amb un transportador. Necessito dos sensors d'efecte hall, saber la longitud, i saber l'angle alfa.

4) amb un pèndol

sensor d'efecte Hall, i la longitud del pèndol

5) amb una molla

kx=mg

la m es calcula amb la balança, i la k es calcula amb el periode d'oscil.lació (té a veure amb la freqüència de ressonància). El periode es calcula amb un sensor d'efecte hall i el timer.

Notes de la part de software

Es buscarà els efectes visuals i sonors, utilitzant un canó projector i una amplificació del so òptima. El software consta de tres capes:

  • capa 1: mode text. Es fan tots els càlculs i es presenten els resultats en línia de comanda
  • capa 2: capa de so. Sobre la capa 1 s'afegeixen efectes sonors a l'hora de presentar els càlculs o realitzar les operacions aritmètiques.
  • capa 3: capa de video. S'utilitzarà OpenGL (o la tècnica més adequades). S'intentarà aproximar el resultat a les tècniques i disseny de videojocs. Es tracta de fer 2D, no pas 3D (similar al que feia amb DirecX).

Mitjançant menu (o amb els arguments) es pot accedir a qualsevol dels 5 experiments i a qualsevol de les capes. Per exemple,

measuring_g -l 1 -w 2

significaria executar en el software la segona manera de calcular g (w: way), en línia de comandes (l: layer, capa).

Evidentment, la mare dels ous del software és que tinc connectat el arduino al port sèrie de l'ordinador (de fet és el USB) i el software va rebent informació per fer els càlculs i per presentar els resultats.

He estat treballant amb la part de OpenGL, SDL i SDL_TTF. Els resultats estan aquí: OpenGL

Introducció a l'espectacle

Aquest és un espectacle Multimèdia en el qual es barreja Ciènica, electrònica, informàtica, arts visuals i arts sonores. És un projecte integrador de totes aquestes disciplines, amb la idea de fer un espectacle original i atractiu.

  • Ciència: es fa una aproximació a la ciència molt diferent del que els alumnes estan acostumats. És un espectacle artístic.
  • Electrònica: s'utilitzen diferents sensorts i microcontroladors per captar els senyals físics i transduir-los a senyals elèctrics que l'ordinador podrà entendre. S'utilitza Arduino, que és un microcontrolador i un projecte basat en Hardware lliure.
  • Informàtica: S'utilitza Linux i eines lliures. Es capten els senyals elèctrics que envia els sensors electrònics, i ja en el domini de l'ordinador es processa la informació per obtenir uns resultats visuals i sonors que reafirmen el caràcter artístic de l'espectacle. Concretament, s'utilitzen tècniques de videojoc i es programen efectes sonors i Música Électrònica.
  • Comiat: Idea originial, enginyeria i producció: Joan Quintana Compte (www.joanillo.org)

Represa 2019

Estic desenvolupant la idea a projectes/degoteig_arduino_SDL_python. Utilitzo python, amb èxit.

La idea original era mesurar les gotes que cauen en un llençol que s'asseca al càmping. He fet com decreix la llum solar al capvespre, i la corba s'ajusta amb una sigmoide. Ja tinc el software (C++, SDL) bastant desenvolupat.

Ara toca fer el càlcul de g a partir del pèndol, i el primer problema és escollir el sensor. Estic provant amb un sensor de IR, i em sembla que costarà molt ajustar el pèndol per tal de què detecti de forma efectiva la senyal. Tinc un mòdul IR 5028. El codi arduino de moment és:

//http://osoyoo.com/2017/07/24/arduino-lesson-obstacle-avoidance-sensor/

int isObstaclePin = 2;  // This is our input pin
int isObstacle = HIGH;  // HIGH MEANS NO OBSTACLE
int countUp = 0;
String a=" obstacle";

void setup() {
  pinMode(isObstaclePin, INPUT);
  Serial.begin(9600);  
}

void loop() {
  isObstacle = digitalRead(isObstaclePin);
  if (isObstacle == LOW)
  {
    countUp++;
    Serial.println(countUp + a);
    delay(30);
  }
  delay(10);
}

Detecta bé el senyal quan el pèndol passa a la vora. El problema és com guio el pèndol que passi a la vora del sensor.

Estic pensant que amb un sensor d'efecte Hall (i la bola del pèndol de ferro) puc aconseguir l'efecte desitjat.

Amb el sensor d'Efecte Hall, el script d'Arduino seria:

//http://www.electronoobs.com/eng_arduino_tut82.php
const int pinHall = A0;
long measure = 0;
unsigned long time1=0, time2=0;


void setup() {
  pinMode(pinHall, INPUT);
  Serial.begin(9600);
} 
void loop() {
 
  measure = analogRead(pinHall);
  //Serial.println(measure);
  
  //if (measure<500) {
  if (measure>520) {
    time1 = millis();
    //Serial.println(measure);
    unsigned long ElapsedTime = time1 - time2;
    Serial.println(ElapsedTime);
    time2=time1;
    delay(100); //per evitar vàries mesures mentre està passant el pèndol
  }

  delay(50);
}

creat per Joan Quintana Compte, abril 2010, 2019