Rychlost valivého pohybu

Použité senzory: Gyroskop (funkce Valení v aplikaci Phyphox)

Kategorie: Mechanika tuhého tělesa

Potřeby: aplikace Phyphox, šuplera, válcový objekt (například část tubusu od plakátu)

Teorie:

Obvodová (tangenciální) rychlost je rychlost bodu na obvodu kruhově se pohybujícího objektu. Její velikost závisí na úhlové rychlosti (ω) a poloměru rotace (r) a lze ji spočítat jako v = ω ⋅ r. Tento vztah ukazuje, že rychlost bodu na obvodu rotujícího objektu je přímo úměrná jak rychlosti rotace, tak vzdálenosti od středu rotace.

Pomocí aplikace Phyphox a gyroskopu ve smartphonu je možné měřit úhlovou rychlost a z ní vypočítat obvodovou rychlost.

Postup

Válcový objekt (například část tubusu od plakátu) bude sloužit jako rotující tuhý předmět. Pokud máte uzávěry na obou koncích tubusu, můžete je využít, ale nejsou nutné. Pro lepší upevnění telefonu ve válci použijte polstrování, například pěnový materiál nebo měkký hadřík, aby telefon zůstal bezpečně na místě (Obr. 1).

Obrázek 1. Uspořádání pokusu.

Začněte tím, že otevřete aplikaci Phyphox na svém telefonu a vyberete experiment "Valení", který měří úhlovou rychlost. Aktivujte funkci "Umožnit vzdálený přístup" (viz předchozí kapitoly) a otevřete zobrazenou URL adresu na jiném zařízení, jako je tablet, notebook nebo jiný telefon. To vám umožní sledovat data z telefonu na větší obrazovce v reálném čase.

Zadejte poloměr válce do aplikace, protože tento údaj bude použit pro výpočet obvodové rychlosti. Umístěte telefon pevně do středu válce tak, aby se nemohl během rotace pohybovat. Buďte opatrní, abyste během nastavování nezměnili žádná nastavení aplikace. Ujistěte se, že telefon je ve válci správně vycentrován.

Spusťte měření pomocí tlačítka "Play" na druhém zařízení a začněte s rotací válce. Aplikace Phyphox využije gyroskop telefonu k měření úhlové rychlosti válce. Po zadání poloměru dokáže aplikace okamžitě vypočítat obvodovou rychlost, jejíž hodnoty v reálném čase můžete sledovat na obrazovce svého druhého zařízení (Obr. 2).

Obrázek 2. Naměřená data. Válec se pohyboval na obě dvě strany, což je patrné z kladných a záporných hodnot rychlostí. Mobilní telefon nebyl v tubusu upevněn dostatečně pevně a nebyl vycentrovaný, proto jsou data "kostrbatá" (tubus se při pohybu jedním směrem připozastavoval).

Poznámky

Ujistěte se, že telefon je pevně upevněn ve válci, aby nedošlo k jeho vypadnutí během rotace. Rotaci provádějte na stabilním povrchu a za podmínek, které minimalizují riziko poškození telefonu.