Medidor velocidad impacto de un objeto en caida libre

[pic32]

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.

[pic32]

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

[Marioguillote]

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

[pablomanieri]

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.

[Suky]

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 Dt_1,0 y Dt_2,1.

V₀ no se conoce...

Y nos interesa saber lo que consulta Mario 



Saludos!

[pic32]

      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.

[pic32]

      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.

[MLO__]

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) y defines tu área de contacto para poder despejar la cantidad de movimiento y de ahí la velocidad, también podrías usar un acelerometro ....

Saludos

[joliva68]

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

[pic32]

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) 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

[MLO__]

 

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

[pic32]

Todos nos equivocamos, jeje

Los sensores piezoelectricos estan algo dificiles de encontrar.

[JCCC]

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.

[jfh900]

No se si te servirá, pero este es un sensor de impacto ADIS16240.

Un saludo

[pic32]

gracias pero no vale ese tipo.