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Microcontroladores PIC => * PROYECTOS * => Mensaje iniciado por: pic32 en 04 de Agosto de 2010, 16:52:24
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Hola estoy intentando desarrollar un medidor de velocidad de impacto de un pistón metálico que se deja caer desde una altura de 5 cm.
En este caso no vale v=distancia/ tiempo porque influye la gravedad.
Había pensado en colocar dos barreras de infrarrojos (a diferentes alturas) y cronometrar el tiempo que tarda el pistón en atravesarlas, pero tiene el problema que en este caso influye la gravedad y la velocidad inicial no es 0 cuando atraviesa la primera barrera (es difícil saber el instante exacto de caída). Tengo que poder medir la velocidad instantánea, NO la velocidad media es decir la velocidad en el momento del impacto. Como es una altura pequeña necesitaré buena precisión.
Conocéis alguno algún sensor piezoeléctrico que se pueda relacionar la fuerza ejercida con la velocidad de impacto.
Había pensado también en incluir un laser por debajo para medir la distancia máxima y cronometrar el tiempo hasta llegar al suelo, con cualquier otro sensor, pero esto puede complicar mucho el proyecto.
El problema que tengo es que sensor utilizar o sensores para medir la velocidad de impacto con mucha precisión. EL microcontrolador en este caso es lo de menos, puedo utilizar un pic16, pic18, dspic, o pic24. Y la programación ya corre de mi cuenta.
Alguien me puede aportar ideas. Gracias por la colaboración.
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Hola.
Puedes colocar la primera barrera justo en el momento en el que se suelta el pistón, con eso garantizas que Vo = 0.
Saludos
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Define justo
Tengo que poder enviar una señal en el instante exacto que empieza a caer. Si la pongo muy arriba el piston cortaria ya el haz antes de caer por gravedad. Y si la pongo 1mm por debajo, pues ya sería una velocidad de caida distinta de 0.
La formula a implementar seria:
V=v0+g*t
vo: es desconocida y muy dificil de medir.
g: fuerza de gravedad
t: tiempo desde qye comienza a caer, hasta que toca el suelo.
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Y con un sensor de proximidad? Los ultrasonicos son muy precisos. Entonces derivas la posicion respecto al tiempo y obtenes una medicion instantanea de la velocidad en todo momento.
saludos!!
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Podria ser:
Sugieres colocar un sensor ultrasonico debajo de la zona de impacto para ir midiendo constantemente la posición. Y luego realizar calculos de la velocidad en la posicion x=0.
Problema que le veo:
El tiempo de caida rondará los 120 ms, y el medidor tarda un tiempo en hacer la conversión, mas el tiempo que tarde la señal que incide y la señal rebotada, No se pero pon por ejemplo que en hacer todo eso tarde 20-40 ms, obtendría 2 o 3 medidas de la posicion, pero de hay no veo como sacar la velocidad de impacto.
Gracias
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El tiempo que toma la medicion es de unos micro segundos o menos.. 120ms es tiempo de sobra para tomar varias muestras durante el suceso.
saludos!!
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Y si en vez de colocar dos barreras de infrarrojos, colocas más separadas a una distancia conocida, es decir, por ejemplo colocar unas 10 barreras separadas 0.5cm, con esto puedes obtener una mejor precisión que con solo 2 barreras. Tomando los tiempos que tarda por pasar por cada una puedes obtener una mejor aproximación de la velocidad final.
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He visto que se puede emplear sensor de infrarrojos por reflexion al igual que los ultrasonicos, pongo algunos ejemplos para ser mas concretos:
El modelo SHARP GP2D120 por ejemplo tarda 32 ms en actualizar su valor.
El sensor ultrasonico SRF02 tarda 65 ms!!
Y si el tiempo de caida teorico es del orden de 120ms, podria obtener 3 o 4 mediciones de la posicion al caer.
Pero de que serviría tener tres lecturas de distancia, si cuando empieze a caer el piston, el sensor no se enteraría hasta un tiempo indeterminado.
Aun asi sigo sin ver la similitud entre la posicion y la velocidad de impacto.
Para el caso de las 10 barreras y 10 tiempos, en 5cm seria un poco engorroso, la velocidad v0 sigue siendo desconocida al atravesar la primera barrera, e iria arrastrando el error en las demas barreras que llevarian una velocidad inicial no nula.
v1= v0+g*t1 De aqui se el tiempo y la gravedad pero no v0, que es la velocidad inicial.
v2= v1+g*t2
.
.
.
v10=v9+g*t10
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la velocidad inicial deberías tratar de hacerla cero, suponiendo que realizas un sistema electromecánico que suelta el pistón y te da una señal en ese instante.
Otra cosa que se me ocurre es asociar al pistón una barra dentada y colocar un encoder óptico ranurado(como el de los mouse a bolita) con un engranaje asociado.
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Efectivamente el dispositivo es mecanico, tiene una planca que cuando se acciona, cae libremente el piston, El reto de este proyecto esta en medir la velocidad de impacto sin modificar de ninguna manera el piston ni tocarlo.
Para que la velocidad inicial pueda hacerla 0 o casi y no cometer mucho error en la formula, he calculado que por ejemplo colocando la primera barrera a tan solo 1mm. El piston tardaria 14,28ms en llegar a atravesarla, esto es un error considable si la medida es del orden de 100-120ms.
la formula de la posicion con respecto a la velocidad y el tiempo es:
y=y0+v0*t+(g*t^2)/2
siendo
y0: la posicion inicial
vo: la velocidad inicial
g: la gravedad
t: el tiempo
En el modelo teorico si supongo v0=0 tendria y=
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En el modelo teorico si supongo v0=0 tendria y=(g*t^2)/2 despejando con y=0.001m da t=14,28ms
Agradeceria comentarios y sugerencias.
Gracias por la colaboracion de todos.
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Se me ocurre utilizar 3 sensores infrarrojos a distancias bien conocidas sin importar su posición en el recorrido. Lo que debemos medir es solamente los tiempos en los que el objeto pasa por ellos, entonces tendríamos:
[]
_ ....... V0, t0
_ ....... t1
_ ....... t2
______________
/ / / / / / / /
DY0= V0.(t1-t0)+1/2.(g + Dg).(t1-t0)2
DY1= V0.(t2-t0)+1/2.(g + Dg).(t2-t0)2
Un sistema de ecuaciones con dos incógnitas, V0 y Dg. El error del valor obtenido vendrá de Dy y Dt.
Está claro que entre más alejados estén los sensores, mejor.
Espero sirve, Saludos!
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mmm, deltag? no se supone constante la aceleración de la gravedad, en una distancia de 5cm, cuanto puede frenar el aire al objeto, podría despreciarse. Es cierto que tambien la aceleración de la gravedad varia con la altura, pero en 5cm puede despreciarse.
Hice un análisis medio apresurado, y teniendo en cuenta que se trata de un objeto compacto, despreciando el rozamiento del aire, y despreciando la variación de la aceleracion, para una caida de y=5cm, obtuve un tiempo de t=100ms, con lo que nos da una velocidad final de impacto v=0,981m/s, ya que el elemento parte del reposo v0=0.
Lo que no entiendo bien es, todo esto es para verificar que esa sea la velocidad? es decir, esto es para construir un dispositivo que mida esa velocidad y corrovorar lo que dice la física?
A la propuesta del encoder, incluso se podría pegar la tira en el mismo objeto y por medios opticos medir con un solo sensor cuanto tarda en dar los dos pulsos entre dos distancias conocidad previamente. No conozco las dimensiones del elemento que se arroja.
Otra opcion que se usa es la de usar una cámara que filme rapidamente y medir la distancia o los tiempos.
Sino tambien hacer la prueba en un fluido vizcoso que estira los tiempos.
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Se me ocurre que podrías usar un mouse óptico. No tengo mucha idea de como se podría hacer pero es posible, ya que son bastante rápidos. Habría que ver con que resolución captura los datos y con esto ver si es viable. Supongo que como son velocidades pequeñas no tendría problemas en capturar el movimiento del pistón y así calcular las velocidades.
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mmm, deltag? no se supone constante la aceleración de la gravedad, en una distancia de 5cm, cuanto puede frenar el aire al objeto, podría despreciarse. Es cierto que tambien la aceleración de la gravedad varia con la altura, pero en 5cm puede despreciarse.
Hice un análisis medio apresurado, y teniendo en cuenta que se trata de un objeto compacto, despreciando el rozamiento del aire, y despreciando la variación de la aceleracion, para una caida de y=5cm, obtuve un tiempo de t=100ms, con lo que nos da una velocidad final de impacto v=0,981m/s, ya que el elemento parte del reposo v0=0.
Lo que no entiendo bien es, todo esto es para verificar que esa sea la velocidad? es decir, esto es para construir un dispositivo que mida esa velocidad y corrovorar lo que dice la física?
A la propuesta del encoder, incluso se podría pegar la tira en el mismo objeto y por medios opticos medir con un solo sensor cuanto tarda en dar los dos pulsos entre dos distancias conocidad previamente. No conozco las dimensiones del elemento que se arroja.
Otra opcion que se usa es la de usar una cámara que filme rapidamente y medir la distancia o los tiempos.
Sino tambien hacer la prueba en un fluido vizcoso que estira los tiempos.
Se me ocurre que lo único que afecta es no tener precisamente 9.81m/s2 (Que es lo ideal, que se saca de los libros) Determinando el valor de la gravedad real, se puede despreciar el rozamiento con el aire que es mínimo y calcular el valor de la velocidad de impacto analíticamente.
willynovi, al colocar Dg no estoy diciendo que varia con el tiempo Dg(t) o con la distanciaDg(y), sino un valor diferencial de 9.81 ;-)
Saludos!
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Se puede obtener experimentalmente el calculo de la fuerza g, seria mediante el siguiente procedimiento:
"Una de las dificultades experimentales consiste en establecer con precisión la posición inicial y la velocidad inicial de un cuerpo. Se empieza a contar el tiempo cuando el cuerpo inicialmente en reposo en una determinada posición, se suelta. También es difícil medir con precisión la posición final del cuerpo, cuando su velocidad se hace cero, entonces se para el cronómetro.
Estas dificultades se evitan si disponemos a lo largo del plano inclinado de tres detectores que ponen en marcha y paran dos cronómetros."
Cuando el piston pasa por el primer detector la velocidad es v0 y x = 0, y se pone en marcha el primer cronómetro. Cuando el bloque pasa por el segundo detector (x1 = x) se detiene el primer cronómetro y se pone en marcha el segundo cronómetro. Cuando el bloque pasa por el tercer detector (xtotal= 2x) se detiene el segundo cronómetro y el tiempo total será t1 + t2.
Por lo tanto:
x = v0 t1 + ½ a t12 , x / t1 = v0 + ½ a t1
2 x = v0 (t1 + t2 )+ ½ a (t1+ t2 )2 , 2x /(t1 + t2 ) = v0 + ½ a (t1 + t2 )
Restando ambas expresiones, se obtiene: (y aqui se le va el termino desconocido v0)
2x/(t1 + t2 ) - x / t1= ½ a t2
Despejando la aceleración:
a = 2x(t1 - t2 ) / [t1t2 (t1 + t2 )]
Por tanto con 3 detectores podemos tener con cierta precision el calculo experimental de la fuerza de la gravedad.
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Se me ocurre utilizar 3 sensores infrarrojos a distancias bien conocidas sin importar su posición en el recorrido. Lo que debemos medir es solamente los tiempos en los que el objeto pasa por ellos, entonces tendríamos:
[]
_ ....... V0, t0
_ ....... t1
_ ....... t2
______________
/ / / / / / / /
DY0= V0.(t1-t0)+1/2.(g + Dg).(t1-t0)2
DY1= V0.(t2-t0)+1/2.(g + Dg).(t2-t0)2
Un sistema de ecuaciones con dos incógnitas, V0 y Dg. El error del valor obtenido vendrá de Dy y Dt.
Está claro que entre más alejados estén los sensores, mejor.
Espero sirve, Saludos!
t0 es desconocido puesto que no sabes el tiempo que tarda, desde que es soltado el pistón hasta que cruza la primera barrera. Solo sabriamos la fuerza de la gravedad, el intervalo de tiempo entre la primera barrera y la segunda. Y el intervalo de tiempo de la segunda barrera a la tercera barrera. Es decir las
variables conocidas son: t12, t23 y g
variables no conocidas: v0 y t0
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Hola pic32! :)
Te haré la pregunta del millón
¿Esto es un problema de estudio (colegio, escuela, universidad, etc)?
¿Esto es un proyecto con fines comerciales?
¿Esto es de puro hobby, porque tienes tiempo libre y ganas de experimentar y divertirte un rato?
Te consulto esto porque es extraño el nivel de precisión que intentas obtener por tratarse de un emprendimieto amateur o con fines puramente experimentales y de satisfacer incógnitas personales.
Bienvenido al foro y ojalá puedas encontrar las respuestas que estás necesitando. Estoy siguiendo el hilo atentamente. Quizás pueda colaborar en cuaquier momento.
Saludos! :)
Mario
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Pienso que con el mouse óptico se podría lograr. Ya que puedes obtener en todo momento la posición del pistón, Supongamos que el mouse está sensando la posición, cuando el pistón está en reposo la lectura de la posición no varía, cuando se suelta el pistón comienza a sensar cambios en la posición, ahí guardas los datos en un arreglo, hasta que el pistón se detiene nuevamente. Con estos datos haces una derivada discreta y obtienes la velocidad instantánea.
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t0 es desconocido puesto que no sabes el tiempo que tarda, desde que es soltado el pistón hasta que cruza la primera barrera. Solo sabriamos la fuerza de la gravedad, el intervalo de tiempo entre la primera barrera y la segunda. Y el intervalo de tiempo de la segunda barrera a la tercera barrera. Es decir las
variables conocidas son: t12, t23 y g
variables no conocidas: v0 y t0
Bueno, leelo de nuevo e intenta entenderlo.... No necesitas t0, sino Dt, o sea Dt1,0 y Dt2,1.
V0 no se conoce...
Y nos interesa saber lo que consulta Mario :?
Saludos!
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Bueno claro que busco precisión, estamos hablando de una caída desde 5cm y estoy pensando hacerla incluso desde 2cm, errores de +-20ms afectan mucho en la velocidad de impacto y ya que lo hago lo intento desarrollar bien, espero que las mediciones corroboren la física, aunque no estoy tan seguro. Quiero saber cómo afectan a este nivel, inclinaciones o incluso meter el pistón en líquido y estudiar el rozamiento viscoso. Llevo ya muchos años disfrutando de las herramientas que nos facilitan los microcontroladores y para mí esto es un hobby mas, aunque a parte de aclarar las dudas que tengo y luego corroboro, también realizo diseños prácticos para casa. Se podría estudiar en condiciones de microgravedad, pero eso aun lo estoy desarrollando. Claro está que esto no tiene ninguna aplicación práctica o al menos que conozca.
Estoy buscando sensores piezoelectricos planos de respuesta muy rápida del orden de us o tiempos no demasiados altos para captar con un pic el momento del impacto, introduciendo un impulso de 5V. Si alguien utiliza o conoce alguno que lo comunique gracias.
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Bueno claro que busco precisión, estamos hablando de una caída desde 5cm y estoy pensando hacerla incluso desde 2cm, errores de +-20ms afectan mucho en la velocidad de impacto y ya que lo hago lo intento desarrollar bien, espero que las mediciones corroboren la física, aunque no estoy tan seguro. Quiero saber cómo afectan a este nivel, inclinaciones o incluso meter el pistón en líquido y estudiar el rozamiento viscoso. Llevo ya muchos años disfrutando de las herramientas que nos facilitan los microcontroladores y para mí esto es un hobby mas, aunque a parte de aclarar las dudas que tengo y luego corroboro, también realizo diseños prácticos para casa. Se podría estudiar en condiciones de microgravedad, pero eso aun lo estoy desarrollando. Claro está que esto no tiene ninguna aplicación práctica o al menos que conozca.
Estoy buscando sensores piezoelectricos planos de respuesta muy rápida del orden de us o tiempos no demasiados altos para captar con un pic el momento del impacto, introduciendo un impulso de 5V. Si alguien utiliza o conoce alguno que lo comunique gracias.
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Pues ... con lo que propones se mediría la fuerza de gravedad ...
Si pones el primer sensor justo al borde del pistón, el error no sería mucho .... a mi me ha dado resultado (lo monté como laboratorio para las clases de física). Si quieres medir presión, usa algún sensor de la familia MPX (como este (http://www.sigmaelectronica.net/mpxm2102-p-139.html)) y defines tu área de contacto para poder despejar la cantidad de movimiento y de ahí la velocidad, también podrías usar un acelerometro ....
Saludos
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Hola Pic32:
Sabes como lo haría yo, utilizando un Electroimán controlado por un pic que dará orden al electroimán para deja caer el pistón y un piezoelectrico que recogerá el sonido del impacto y lo llevara al pic para evaluar.
Ya me contarás
Joaquín
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Pues ... con lo que propones se mediría la fuerza de gravedad ...
Si pones el primer sensor justo al borde del pistón, el error no sería mucho .... a mi me ha dado resultado (lo monté como laboratorio para las clases de física). Si quieres medir presión, usa algún sensor de la familia MPX (como este (http://www.sigmaelectronica.net/mpxm2102-p-139.html)) y defines tu área de contacto para poder despejar la cantidad de movimiento y de ahí la velocidad, también podrías usar un acelerometro ....
Saludos
El error si es grande, un 15% aproximadamente para 5cm de caida. Pues 1mm de caida tarda 15ms, y la duracion de la caida total es de 100ms.
El sensor que indicas no es válido para medir la fuerza de impacto, porque es de tipo barometrico "Sirve en aplicaciones como altímetro o Barómetro".
La idea del electroiman es acertada, estoy probando.
Gracias por la colaboracion
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:?
No se, pensé que podría servir .... como al caer el cuerpo sobre un área determinada se genera una presión, se podría hacer alguillo jeje ;-)
Saludos
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Todos nos equivocamos, jeje
Los sensores piezoelectricos estan algo dificiles de encontrar.
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Hola, espero lo q diga te sirva de ayuda.
Segun dependa la exactitud q quieras, pero aca algunos calculos.
si quieres medir la velocidad en el momento de impacto necesitarias un sensor en el orden de los 50 KHz (no estoy bastante seguro pero va por ahi).
Puedes medir la velocidad previa al momento de impacto, solo como ejemplo 0.05 cm antes del impacto.
Tu señal tendra una frecuencia de 2 Khz, la lectura que tienes q hacer debe ser mayor a 4 KHz.
Te recomiendo que uses la tarjeta de sonido para adquirir la señal.
Respecto al sensor, la barrera de infrarrojos esta bien no veo donde esta el problema :? alguien tendria que explicarme.
todo parte en un instante to = 0 y Xo = 0. queda en algun lugar ¿como saber el valor de to?
tienes un valor t1 donde el primer sensor inicia la lectura, tienes un tiempo t2 donde el segundo sensor inicia la lectura.
tienes un Valor X que es la distancia entre los dos sensores.
con esos tres valores puedes determinar el valor de to, xo.
Suerte con todo.
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No se si te servirá, pero este es un sensor de impacto ADIS16240.
Un saludo
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gracias pero no vale ese tipo.
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He estado leyendo el tema, y me resulta muy útil.Ya que el caso es casi idéntico al nuestro:Tenemos una máquina de impactos con 5 martillos de 500gr cada uno ( 5 pistones) que van cayendo sucesivamente( caída libre desde 4 cm) ( golpean el suelo) y debemos saber cuál es la velocidad de impacto. Teniendo en cuenta el rozamiento con el soporte.
El tiempo que tarda en caer es fácil de sacar ( midiendo con un microfono) el tiempo de caida entre martillos...Pero cómo obtenemos la velocidad de impacto No despreciando el rozamiento??
Gracias!
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HAce poco vi en discovery channel xD , como calculaban la velocidad de un dardo que usa un ninja xD.
eran como dos aros , del tipo de RFID de esas antenas xD-+ .
Detectaban un cambio en el flujo magnético.
Esta | ---- | luego la otra y pues se dispara en medio de estas dos , registran tiempo , etc...
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Si la verdad es un problema complejo y es mas bien fisico que electronico.
Evidentemente esto tiene sus aplicaciones. No se lo que es una maquina de impactos. ¿Que es? ¿Para que sirve esa maquina?
Tampoco veo claro como medir el tiempo de caida con un microfono, en el impacto emitira sonido pero, que emite tambien ruido justo cuando se suelta¿?
Tambien todo depende de la precision con la que queremos la medida. He estado haciendo pruebas y a mas distancia mas precision, desde 10cm he obtenido muy buenos resultados.
El punto exacto donde toca el suelo, tambien hay que tenerlo en cuenta, ya que si ponemos el sensor debajo, el suelo aparente se elevara unos mm.
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Hola pic32, no se si se mencionó antes, pero para hacer este tipo de mediciones se utiliza la fotografía estroboscópica
(http://img195.imageshack.us/img195/1281/image4ec.gif)
Se hace así
Se realiza la experiencia en una habitación cerrada que posea paredes oscuras y se sitúa el objeto a fotografiar sobre un fondo oscuro que no refleje la luz.
El móvil a fotografiar debe ser brillante y a ser posible esférico para que refleje la luz en un único punto de su superficie. Se dispone el estroboscopio a una distancia adecuada del móvil para que ilumine toda la trayectoria del movimiento y no sea muy elevada para que la iluminación no sea pobre.
La cámara fotográfica se sitúa detrás de la fuente luminosa y se procura usar un zoom adecuado que abarque la zona por donde pasará el objeto.
Se apaga la luz, se enciende el estroboscopio y se aprieta el disparador de cable mientras dure el movimiento que queremos fotografiar.
El resultado será una imagen con fondo oscuro donde aparecen puntos luminosos por donde ha pasado el móvil.
Por último se escanea en el ordenador las fotos o los negativos para poder imprimir posteriormente el resultado. Para ahorrar tinta y no ensuciar la fotocopiadora lo que se entrega al alumno es la imagen negativa del movimiento, que presentará fondo blanco y puntos negros por donde pasa el móvil.
Cálculo de la velocidad de iluminación
Para determinar el intervalo de tiempo que transcurre entre cada uno de los destellos luminosos del estroboscopio existen varios métodos. El más simple (pero aproximado) consiste en fotografiar un movimiento poniendo un tiempo de exposición en la cámara de un segundo. Se cuenta el número de veces que se observa el móvil y restando una unidad tendremos el número de intervalos que existen entre cada dos destellos luminosos. Por ejemplo si observamos tres puntos por donde pasa el móvil, es que hay dos intervalos de tiempo en total, uno entre el primer y el segundo punto y otro entre el segundo y tercer punto.
(http://img574.imageshack.us/img574/478/150pxfallingball.jpg)
Fuente: http://www.terra.es/personal6/jgallego2/EXPERIENCIAS/FOTO%20estrobos/Fotografia%20estroboscopica.htm
y del libro de física de Paul Tipler.
Esta sería una base sobre la cual pensar una implementación usando microcontroladores.
saludos.
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Eso es un gran idea!! Gracias estudiare ese nuevo camino.