JustAPendulum: ओपन-सोर्स डिजिटल पेंडुलम: 13 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

JustAPendulum एक Arduino- आधारित ओपन-सोर्स पेंडुलम है जो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण त्वरण (~9, 81 m/s²) को खोजने के लिए दोलन अवधि को मापता है और गणना करता है। इसमें एक होममेड Arduino UNO है जो आपके कंप्यूटर के साथ संचार करने के लिए USB-to-serial अडैप्टर का उपयोग करता है। JustAPendulum अत्यधिक सटीक है और इसमें एक साथी (विजुअल बेसिक. NET में लिखा गया) है, जो वास्तविक समय में, आपको द्रव्यमान की स्थिति और सभी मिसाल उपायों के साथ एक तालिका और एक ग्राफ दिखाएगा। पूरी तरह से लेजर कट और होममेड, यह उपयोग में बहुत आसान है: बस एक बटन दबाएं और द्रव्यमान को गिरने दें और बोर्ड सब कुछ की गणना करेगा। भौतिकी कक्षाओं में परीक्षण के लिए आदर्श!

परियोजना का मुख्य पृष्ठ: marcocipriani01.github.io/projects/JustAPendulum

इसे स्वयं मार्गदर्शक बनाना

यूट्यूब वीडियो

चरण 1: इसके पीछे का भौतिकी

ये सभी सूत्र JustAPendulum में प्रयुक्त होते हैं। मैं उन्हें प्रदर्शित नहीं करने जा रहा हूं, लेकिन यदि आप उत्सुक हैं, तो यह जानकारी भौतिकी की प्रत्येक पुस्तक में आसानी से मिल जाती है। पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण त्वरण की गणना करने के लिए, पेंडुलम केवल दोलन अवधि (T) को मापता है, फिर गणना करने के लिए निम्न सूत्र का उपयोग करता है (g):

और यह त्वरण पर पूर्ण त्रुटि की गणना करने के लिए है:

l लोलक के तार की लंबाई है। यह पैरामीटर कंपेनियन प्रोग्राम से सेट किया जाना चाहिए (नीचे देखें)। 0.01m लंबाई की माप त्रुटि है (शासक की संवेदनशीलता 1 सेमी मानी जाती है), जबकि 0.001s Arduino की घड़ी की सटीकता है।

चरण 2: गैलीलियो गैलीली और यह सूत्र

यह सूत्र पहली बार (आंशिक रूप से) 1602 के आसपास गैलीलियो गैलीली द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने पेंडुलम की नियमित गति पर जांच की, जिससे पेंडुलम को 1930 तक सबसे सटीक टाइमकीपिंग मशीनों के रूप में अपनाया गया, जब क्वार्ट्ज ऑसिलेटर्स का आविष्कार किया गया था, इसके बाद द्वितीय विश्व युद्ध के बाद परमाणु घड़ियों का आविष्कार किया गया था। गैलीलियो के छात्रों में से एक के अनुसार, गैलीलियो पीसा में एक मास में भाग ले रहे थे, जब उन्होंने देखा कि हवा के कारण गिरजाघर में निलंबित एक झूमर की बहुत मामूली गति हुई। वह झूमर की गति को देखता रहा और उसने देखा कि भले ही हवा रुक गई हो और पेंडुलम द्वारा तय की गई आगे-पीछे की दूरी कम हो गई हो, फिर भी झूमर को दोलन करने में लगने वाला समय स्थिर लग रहा था। उसने अपनी कलाई में नाड़ी की नियमित धड़कन से झूमर के झूलने का समय तय किया और महसूस किया कि वह सही था: कितनी भी दूरी तय की हो, इसमें लगने वाला समय हमेशा एक जैसा होता है। अधिक माप और अध्ययन के बाद, उन्होंने पाया कि

पिछले समीकरण की तरह दो गुना π, आनुपातिक अभिव्यक्ति को एक वास्तविक समीकरण में बदल देता है - लेकिन इसमें एक गणितीय रणनीति शामिल है जो गैलीलियो को नहीं मिली थी।

चरण 3: उपयोग

कृपया ध्यान दें कि डिजिटल पेंडुलम सेंसर का उपयोग करने से पहले कैलिब्रेट किया जाना चाहिए और तार की लंबाई समायोजित की जानी चाहिए। JustAPendulum को एक पेंडुलम के नीचे रखें (न्यूनतम 1 मीटर लंबा अनुशंसित) और सुनिश्चित करें कि द्रव्यमान दोलन करते समय सभी तीन सेंसर को अस्पष्ट करता है। कम रोशनी की स्थिति में सेंसर बेहतर काम करते हैं, इसलिए लाइट बंद कर दें। बोर्ड पर स्विच करें। एक "रेडी" स्क्रीन दिखाई देगी। यहाँ मेनू संरचना है:

• बायां बटन: माप शुरू करने के लिए, गेंद को दाईं ओर रखें और बटन दबाएं। Arduino स्वचालित रूप से गेंद की स्थिति का पता लगाता है और शुरू होता है।

  • "शुरू हो रहा है … op.: x ms" प्रदर्शित होता है

    • बायां: गुरुत्वाकर्षण त्वरण की गणना करें
    • दाएं: मुख्य स्क्रीन पर वापस

• दायां बटन: कॉन्फ़िगरेशन दिखाएं

  • सही: हाँ
  • वाम: नहीं

चरण 4: साथी

JustAPendulum का साथी एक विजुअल बेसिक. NET (विजुअल स्टूडियो 2015 में लिखा गया) प्रोग्राम है जो उपयोगकर्ता को कंप्यूटर से वास्तविक समय में पेंडुलम की निगरानी करने की अनुमति देता है। यह अंतिम मूल्यों और त्रुटियों को प्रदर्शित करता है, पिछले उपायों को दिखाने के लिए टेबल और ग्राफ़ हैं और सेंसर को कैलिब्रेट करने और तार की लंबाई निर्धारित करने के लिए उपकरण हैं। इतिहास को एक्सेल में भी निर्यात किया जा सकता है।

यहाँ पर डाउनलोड करो

चरण 5: सेंसर को कैलिब्रेट करना

उन्नत टैब पर जाएं, "एडीसी मॉनिटर" चालू करें और देखें कि गेंद की स्थिति के आधार पर प्रदर्शित मान कैसे बदलते हैं। एक स्वीकार्य सीमा का पता लगाने की कोशिश करें: इसके नीचे का मतलब डिटेक्टरों के बीच कोई द्रव्यमान नहीं होगा, जबकि ऊपर यह इंगित करेगा कि द्रव्यमान उनके बीच से गुजर रहा है। यदि मान नहीं बदलते हैं, तो हो सकता है कि कमरे में बहुत अधिक रोशनी हो, इसलिए लैंप बंद कर दें। फिर, "मैनुअल कैलिब्रेशन" बटन दबाएं। टेक्स्ट बॉक्स में आपके द्वारा तय की गई सीमा लिखें और एंटर दबाएं।

चरण 6: तार की लंबाई बदलना

तार की लंबाई को समायोजित करने के लिए "तार की लंबाई" बटन दबाएं और मान दर्ज करें। फिर माप त्रुटि सेट करें: यदि आपने इसे टेप माप से मापा है तो संवेदनशीलता 1 मिमी होनी चाहिए। सभी मान ATmega328P माइक्रोकंट्रोलर की मेमोरी में संग्रहीत किए जाएंगे।

चरण 7: लेजर कट बॉक्स

इस संरचना को प्लाईवुड (4 मिमी मोटी) से लेजर कट मशीन से काटें, फिर इसे असेंबल करें, घटकों को पैनलों पर रखें और उन्हें कुछ कीलों और विनील गोंद के साथ ठीक करें। इस पृष्ठ के नीचे DXF/DWG फ़ाइलें डाउनलोड करें (ऑटोकैड 2016 के साथ डिज़ाइन किया गया)।

चरण 8: संरचना

यदि आपके पास एक पेंडुलम नहीं है, तो आप इस उदाहरण से खुद को शुरू कर सकते हैं (यह मेरे द्वारा बनाए गए की एक सटीक प्रति है)। एक २७, ५·१६·१ सेमी प्लाईवुड का टुकड़ा, एक ५·२७, ५·२ सेमी पट्टी और एक छड़ पर्याप्त है। फिर लोलक को पूरा करने के लिए छल्ले, मछली पकड़ने के तार और एक गेंद का उपयोग करें।

ऑटोकैड परियोजना

चरण 9: मास

मेरे पास लोहे का द्रव्यमान नहीं था (बेहतर होगा, निश्चित रूप से), इसलिए मैंने एक 3 डी प्रिंटर के साथ एक गेंद बनाई और मैंने इसे तार से लटकाने के लिए एक अंगूठी जोड़ी। यह जितना भारी और पतला होता है (पेंडुलम घड़ियां देखें: हवा के साथ घर्षण से बचने के लिए द्रव्यमान सपाट है), यह उतनी ही देर तक दोलन करेगा।

3डी बॉल डाउनलोड

चरण 10: पीसीबी

केवल कम लागत वाली सामग्री का उपयोग करके होममेड पीसीबी बनाने की यह कम खर्चीली विधि है:

• लेजर प्रिंटर (600 डीपीआई या बेहतर)
• फ़ोटो कागज
• खाली सर्किट बोर्ड
• म्यूरिएटिक एसिड (> 10% एचसीएल)
• हाइड्रोजन पेरोक्साइड (10% घोल)
• कपड़े प्रेस करने वाली ईस्त्री
• एसीटोन
• इस्पात की पतली तारें
• सुरक्षा चश्मे और दस्ताने
• सोडियम बाइकार्बोनेट
• सिरका
• पेपर तौलिया

पहला कदम खाली पीसीबी को स्टील वूल और पानी से साफ करना है। यदि तांबा थोड़ा ऑक्सीकृत दिखाई देता है, तो आपको इसे पहले सिरके से धोना चाहिए। फिर, किसी भी शेष गंदगी को हटाने के लिए एसीटोन में भिगोए हुए कागज़ के तौलिये से तांबे के हिस्से को साफ़ करें। बोर्ड के हर हिस्से को अच्छी तरह से रगड़ें। तांबे को हाथों से न छुएं!

इस पृष्ठ के निचले भाग में एक लेज़र प्रिंटर का उपयोग करके PCB.pdf फ़ाइल को प्रिंट करें और इसे उंगलियों से न छुएं। इसे काटें, तांबे की तरफ की छवि को संरेखित करें और इसे कपड़े के लोहे से दबाएं (यह गर्म होना चाहिए लेकिन वाष्प के बिना) लगभग पांच मिनट के लिए। इसे सभी कागज़ के साथ ठंडा होने दें, फिर कागज़ को बहुत धीरे-धीरे और सावधानी से पानी के नीचे हटा दें। यदि तांबे पर कोई टोनर नहीं है, तो प्रक्रिया को दोहराएं; कुछ गुम कनेक्शनों को ठीक करने के लिए एक छोटे स्थायी मार्कर का उपयोग करें।

अब पीसीबी को खोदने के लिए एसिड का उपयोग करने का समय आ गया है। एक प्लास्टिक के डिब्बे में तीन गिलास म्यूरिएटिक एसिड और एक हाइड्रोजन पेरोक्साइड डालें; आप अधिक शक्तिशाली नक़्क़ाशी के लिए समान मात्रा में भी कोशिश कर सकते हैं। पीसीबी को घोल में डालें (अपने हाथों और आंखों पर ध्यान दें) और लगभग दस मिनट तक प्रतीक्षा करें। जब नक़्क़ाशी समाप्त हो जाए तो बोर्ड को घोल से हटा दें और पानी के नीचे धो लें। घोल को बेअसर करने के लिए एसिड में दो चम्मच सोडियम बाइकार्बोनेट डालें और इसे WC में फेंक दें (या इसे अपशिष्ट संग्रह केंद्र में ले जाएं)।

चरण 11: इलेक्ट्रॉनिक्स

आवश्यक भागों:

• ATMEGA328P एमसीयू
• 2x 22 पीएफ कैपेसिटर
• 3x 100 यूएफ कैपेसिटर
• 2x 1N4148 डायोड
• ७८०५ टीवी वोल्टेज नियामक
• 6x 10K प्रतिरोधक
• 2x 220R प्रतिरोधक
• 16 मेगाहर्ट्ज क्रिस्टल ऑसीलेटर
• पिनहेड्स
• यूएसबी-टू-सीरियल एडेप्टर
• 940nm साइड-लुकिंग इंफ्रारेड एमिटर और IR डिटेक्टर (मैंने इन्हें स्पार्कफुन से खरीदा है)
• 9वी बैटरी और बैटरी धारक
• 16x2 एलसीडी स्क्रीन
• 2 बटन
• एक पोटेंशियोमीटर और एक ट्रिमर
• तार, तार और तार

अब जब आपने घटकों को खरीद लिया है और एकत्र कर लिया है, तो एक सोल्डर चुनें और उन सभी को मिलाप करें! फिर बॉक्स में पीसीबी को ठीक करें, सभी तारों को एलसीडी, यूएसबी-टू-सीरियल एडेप्टर, पोटेंशियोमीटर और ट्रिमर (प्रदर्शन चमक और कंट्रास्ट के लिए) से कनेक्ट करें। पिछले चरण में योजनाबद्ध, पीसीबी मॉडल और सभी भागों और तारों को सही ढंग से रखने के लिए इस पृष्ठ के निचले भाग में ईगल सीएडी फाइलों को देखें।

ईगल सीएडी परियोजना

चरण 12: सेंसर

चित्रों में दिखाए गए अनुसार सेंसर जोड़ें, फिर उन्हें ढंकने और उनकी रक्षा करने के लिए कुछ टोपियां बनाएं (मैंने उन्हें लकड़ी की पट्टी से उकेरने के लिए एक रोटरी उपकरण का उपयोग किया)। फिर उन्हें मुख्य बोर्ड से कनेक्ट करें।

चरण 13: आप तैयार हैं

इसका उपयोग करना शुरू करें! आनंद लेना!