Descrizione
PS-2103A – Sensore di distanza e di moto rettilineo.
Gli esperimenti sulla cinematica richiedono grande precisione di dati, sia spaziali che temporali, e capacità di discriminare fra dati spuri e dati corretti. Esistono diverse tecniche per la raccolta di questi dati, basate sia su rilievi ottici sia sull’uso di ultrasuoni. Le prime usano fototraguardi e barriere ottiche a settori o pulegge di misura a basso attrito (ME-9471A, ME-6838, ME-6664), mentre questo sensore utilizza tecniche basate su emissione di ultrasuoni. Entrambe le tecniche garantiscono risultati affidabili e precisi. La possibilità di interfacciare questi sensori con un computer, consente di calcolare ed elaborare grafici di posizione, velocità ed accelerazione di qualsiasi moto rettilineo.
Principio di funzionamento:
Il campionamento della distanza è ottenuto mediante un trasduttore elettrostatico, posto sul fronte del sensore, che ha la doppia funzione, sia di altoparlante che di microfono. Per ciascun campionamento, questo trasduttore emette, come altoparlante, nella direzione dell’oggetto in movimento, un treno di 16 impulsi ultrasonici ad una frequenza di circa 49kHz. Questi treni di impulsi ultrasonici colpiscono l’oggetto in movimento e vengono da questo riflessi tornando al trasduttore che li riceve come microfono. Ciascun treno di impulsi è avvertibile, all’orecchio, come un singolo clic. Un LED verde avverte che il ciclo è stato eseguito con successo. Poiché l’intensità degli ultrasuoni emessi varia al variare della distanza, il sensore è dotato di guadagno regolabile mediante un commutatore. Col guadagno alto, il sensore rileva oggetti anche ad una distanza di circa 8 metri. Col guadagno basso, il dispositivo diventa meno sensibile a segnali spuri e falsi bersagli. Con tale accorgimento, questo sensore riesce a distinguere oggetti molto vicini, fino a 15 cm, a differenza degli analoghi sistemi proposti dal mercato che, in genere, sono ciechi sotto i 42 cm. In pratica, questa differenza di 27 cm si traduce in un equivalente allungamento dello spazio utile di misurazione.
Il sensore misura il tempo trascorso fra il fronte di salita del primo impulso emesso e il fronte di salita del primo impulso ricevuto. Dal valore di questo tempo e da quello della velocità del suono nel mezzo, il sensore calcola la distanza dell’oggetto. Per calcolare la velocità, utilizza misurazioni successive di posizione calcolandone gli incrementi. In modo analogo viene calcolata l’accelerazione utilizzando misurazioni successive di velocità calcolandone gli incrementi. In pratica, velocità e accelerazione vengono calcolati come rapporti incrementali dei successivi dati di posizione.
Calibrazione:
Qualora si desiderassero misurazioni più precise ed in particolari condizioni ambientali, è possibile calibrare il sensore per compensare le variazioni di velocità del suono relative a tali condizioni.
Alcune applicazioni tipiche:
- studiare la relazione fra posizione, velocità ed accelerazione di un corpo in movimento,
- studiare la conservazione dell’energia e della quantità di moto negli urti,
- studiare il moto oscillatorio di una massa appesa ad una molla,
- studiare il moto di grandi oggetti, per esempio di uno studente.
Caratteristiche particolari:
- acquisisce valori di posizione fino a 50 volte al secondo,
- adotta una tecnologia per eliminare segnali spuri,
- consente una regolazione di sensibilità,
- si monta a scatto sulle rotaie meccaniche, o si fissa su stativo,
- orientazione utile: 180°.
Specifiche tecniche:
- distanza utile di misura: da 0.15 a 8 m
- risoluzione: 1.0 mm
- frequenza massima di campionamento: 50Hz
- rotazione del trasduttore: 360°.
Accessori utili:
- SE-7256: rete di protezione del trasduttore,
- ME-6743: staffa per montaggio del sensore sui carrelli PASCO,
- PS-2546: staffa magnetica per montaggio del sensore su soffitti o pareti,
- SE-7252: 500 filtri da caffè per esperimenti su caduta libera e velocità terminale.
