Měření otáček u gravírovacího pera (popř. vrtačky)

Použité senzory: Mikrofon (experiment "Záznam zvuku")

Kategorie: Akustika, kmitání

Potřeby: gravírovací pero (popř. vrtačka), izolepa (elektrikářská páska), aplikace Phyphox

Teorie:

Rychlost otáčení rotujícího tělesa lze nepřímo měřit prostřednictvím analýzy zvukového signálu generovaného periodickými údery.

Postup experimentu:

Nejprve připravte gravírovačku tak, že na její rotující část (například na nějaký nástavec, popř. přímo na hřídel) připevníte malý kousek izolepy (Obr. 1) . Tento předmět musí být dostatečně pevný, aby při otáčení hřídele a narážení na pevnou překážku vytvářel slyšitelné údery, ale zároveň dostatečně lehký, aby neovlivnil otáčky zařízení.

Obrázek 1. Uspořádání pokusu. Vlevo vypnutá gravírovačka, vpravo zapnutá gravírovačka.

Poblíž gravírovačky umístěte mikrofon mobilního telefonu, spusťte aplikaci Phyphox a vyberte experiment "Zvukový záznam". Nastavte, jak dlouhý časový úsek má být měřen (100 ms funguje pro 5 000 – 18 000 otáček za minutu) a zahajte experiment kliknutím na tlačítko "Play". Zapněte gravírovačku a místěte pevný předmět (například dřevěný blok, hranu stolu) do blízkosti rotující části tak, aby při každé otáčce izolepa o předmět narazila (Obr. 1). Zajistěte, aby bylo zařízení stabilní a nehrozilo jeho posunutí nebo převrácení během měření.

Zaznamenávejte zvuk, který vzniká při periodických úderech izolepy o pevný předmět.

Po zastavení záznamu by měly být v grafu vidět pravidelné výchylky (Obr. 2) – pomocí nich dokážeme určit frekvenci narážení izolepy do pevné podložky. Vezmeme si dva vrcholy vedle sebe, určíme, jaký čas Δt mezi nimi uplynul. Ten pak převrátíme (provedeme 1/Δt) a tím získáme frekvenci. Pro získání otáček za minutu (což je běžnější udávaná hodnota) vynásobte tuto hodnotu 60.

Obrázek 2. Data získaná při nárazech izolepy o pevnou podložku.

Můžete vyzkoušet, že pěkný záznam získáte i bez nárazů o předmět (Obr. 3).

Obrázek 3. Data získaná bez nárazů izolepy o pevnou podložku.

Poznámky

Dbejte na bezpečnost při experimentu. Gravírovačka může za určitých okolností být nebezpečným nástrojem. Zajistěte také, aby kousek izolepy byl dostatečně lehký a bezpečně připevněný, aby se během experimentu neuvolnil.

Pro analýzu signálu je důležité, aby okolní prostředí bylo co nejtišší. Rušivé zvuky mohou ovlivnit přesnost frekvenční analýzy. Pokud není záznam čistý, zkuste experiment opakovat v tichém prostředí nebo použijte kvalitnější mikrofon.