应用笔记

结果 图A36.3中所示的迹线显示了与填充有泡沫海绵的缓冲液发生碰撞的结果。

碰撞后记录最终电压表读数Vt，并在屏幕轨迹的方格纸上获得打印输出。如果没有自动打印，请确保记下电压和时间轴刻度的详细信息。根据需要重复。

结果分析 第1部分：通常，对于对乘客造成最小危险或对运输材料造成损害的冲击，碰撞的力（电压） - 时间轨迹应尽可能长（及时）并且幅度尽可能小。比较不同缓冲设计的走线，看谁有最好的能量吸收结构。 第2部分：使用两个电压表读数Vo和Vt，电容器放电时货车行进的距离，以及定时电路中电阻 - 电容器组合的RC值，以计算放电持续多长时间，等等发生这种情况时，旅行车的行驶时间。注意到在此时间之后发生与传感器的碰撞，计算出货车撞击缓冲器的速度及其动量。（假设沿斜坡均匀加速。）如果您需要帮助，请参阅附加表第2部分。 使用电压 - 时间轨迹，产生100 mV电压输出的力值，以及与缓冲器碰撞前的车辆动量值，计算从缓冲器反弹回来的速度。如果您需要帮助，请参阅其他说明。

第1节：使用力传感器校准数据 Vno负载= 15 mV Vload = 36 mV 带砂的箱子重量= 100 gf = 0.1 kgf = 0.1 kg 9.8 N kg -1 = 0.98 N 因此0.98 N 的力产生V 负载的电压输出- V 无负载 = 21毫伏。 因此，0.98 X（100/21）N或4.67 N产生100 mV的电压输出。

第2节：找到货车与缓冲器碰撞时的速度 V0 = 6.08V Vt = 5.49V，平均 RC = 10.0s

因此，取Vt = V 0 xe -t / RC，其中t是放电时间，我们将日志记录到基数e： log e Vt = log e V0 - t / RC。登录Ë Ë

给出log e 5.49 = log e 6.08 - （t / 10）x 1 所以1.703 = 1.805 - t / 10，所以t = 1.02 s

行进沿着跑道而电容器的距离被排出物0.79米所以，使用S = UT +½at²，我们有： 0.79 = 0 +（0.5 xax 1.022），因此a = 1.52 m·s -2 因此，与缓冲器碰撞的速度由v = u +给出，其中v = 0 + 1.52 m·s -2 x 1.02 s = 1.55 m·s -1。 因此，碰撞车辆的动量为0.187 kg x 1.55 m·s -1或0.290 kg m·s -1。

第3节：找到碰撞动量的变化 脉冲，以及发生的动量的总变化，由电压（力）下的面积 - 时间轨迹高于基线电压表示。首先根据占用的小方块数计算出来。在图36.3中的区域A所示的位置（如上图所示），方格数为459。 现在计算每个方格表示的脉冲或动量变化有多大。计算标记为B（150至250 mV）x（-20至0 ms）区域内方格纸上的方块数。在图36.4中，它是145.100mV表示4.67N的力，因此该正方形数表示（4.67N×20ms）或0.0930Ns或0.0930kgm·s -1的脉冲或动量变化。因此每个方块代表0.0930 kg m·s -1 / 145或0.000641 kg·m·s -1 和痕量区域（0.000641 kg ms-1 459）或0.294 kg ms-1。 现在计算每个方格表示的脉冲或动量变化有多大。计算标记为B（150至250 mV）X（-20至0 ms）区域内方格纸上的方块数。在图36.4中，它是145. 100 mV表示4.67 N的力，因此该平方数表示（4.67 N x 20 ms）或0.0930 N·s或0.0930 kg·ms -1的脉冲或动量变化。因此，每个方格代表0.0930 kg·ms -1 / 145或0.000641 kg·m·s -1， 并且迹线的面积（0.000641 kg·m·s -1 459）或0.294 kg·m·s -1。

找到货车从缓冲区弹回的速度 由轨迹区域表示的动量变化将等于车辆在与缓冲器碰撞时的动量之和以及从缓冲器反弹回来的车辆的动量之和。 与缓冲器相撞的货车动量为0.290 kg·m·s -1，因此其反弹动量必须为（0.294-0.290）kg·m·s -1 或0.004 kg·m·s -1。当货车的质量为0.187kg时，其反弹速度为0.004kg·m·s-1 / 0.187kg = 0.021m·s -1。

笔记 A2单元Transport on Track的最后一项活动带来了该单元处理的物理方面的许多方面：（i）时间常数RC如何影响电容器的放电速率及其上的电压， （ii）当已知行程的时间和距离时如何计算（具有均匀加速度）加速度和速度，以及（iii）如何在力 - 时间图下计算来自该区域的动量变化。 该活动分为两部分。最初，学生们选择他们认为能提供最安全保险杠的材料，让马车停下来。可以比较获得的电压（力） - 时间图表的打印输出，并且最长时间的最低电压（力）将成为赢家。 在第二部分，可能是完成家庭作业，学生可以使用收集的其余数据和他们的碰撞图来计算货车从缓冲区反弹的速度。这样就可以使用表达式，使用信息来校准传感器，从而计算图表下的区域 Vt = Vo.e -t / RC，并使用运动方程。 使用Pico DrDAQ或ADC-40/42和PicoScope软件，获得了有用的结果，时基设置为20 ms / div; 单触发触发，触发电平上升，约20 mV *; X增益为1; Y增益为20; 并且％提前-10％。触发设置为“单个”时，获得的迹线将保留在屏幕上。然后可以保存跟踪，或者通过“自动保存”自动保存。 力传感器是一个压阻装置，在接近15 N时是线性的。与柱塞的任何偏心碰撞都具有最小的影响，尽管最好将缓冲箱安排在尽可能中心位置。 您可以降低此值，但必须足够高以防止过早触发。

技术笔记
仪器 旅行车（见建筑细节） 坡道（见建筑细节） 力传感器（见结构细节） RC定时装置（见结构细节） 电压表0 - 10 V fsd Pico DrDAQ *或ADC-40/42 ** BNC插头至4 mm插头（仅适用于ADC-40/42）Pico部件无MI029 PC运行PicoScope 6 V电池 信息 4 mm可堆叠插头红色JPR 705-285（仅适用于DrDAQ） 4 mm可堆叠插头黑色JPR 705-286（仅适用于DrDAQ） 超柔软连接线红色JPR 780-080（仅适用于DrDAQ） 超柔软连接线黑色JPR 780-081（仅适用于DrDAQ） 铺砖（3）或实验室千斤顶，以提高跑道一端的水平 各种缓冲材料 - 海绵，卫生纸，绿洲泡沫，厨房巾，纸板，铝箔，纸吸管，塑料袋，气球，Blu-Tack，Soft Stuff（玩具店），橡皮泥 盆栽盒（中等大小）Maplin FD97 毡尖笔 仪表规则 砂布 Sellotape（透明胶带） 剪刀 *对于DrDAQ连接是通过V和Gnd进行的，建议您将一个4毫米插头端接的红色引线拧入V，并将一个4毫米插头端接的黑色引线拧入Gnd。 **对于ADC-40/42，通过BNC插头连接至4 mm插头引线。

制作马车 Meccano零件： 法兰盘11孔5孔（1）Frizinghall MO52 耳轴（5）Frizinghall M126 法兰轮（4）Frizinghall MO20 轴长200毫米（锯成两个）Frizinghall MO13A / R. 弹簧夹金属（4）Frizinghall MO35 螺栓6毫米奶酪头锌（6）Frizinghall MO37B / CZ 坚果六角形锌（6）Frizinghall MO37C 平头螺钉4毫米开槽（4）Frizinghall MO69A 木制抽屉旋钮，例如B和Q Sml Mush Knob RD509 在使用前，需要用金刚砂布清洁货车车轮和轨道之间的接触面。清洁轮轴的平头螺钉接触的轴杆也是明智之举。

用于制作坡道 刨花板架150毫米x 1.5米DIY 木制面料25毫米x 25毫米x 150毫米DIY 铝角15 mm x 15 mm x 1 mm x 1 m（2）B和Q. 刨花板螺丝（6） 沉头螺钉1.5（2） 4毫米插座白色（2）JPR 705-210 螺栓（2） 坚果（2） 焊锡标签（2） 连接线 PVC胶带 砂布 铝制角落经过阳极氧化处理，因此整个区域都有非导电涂层。如图T36.2所示，以及螺母，螺栓和焊料连接处，需要将其拆下。用砂布去除涂层。将PVC胶带放在要保持绝缘的铝材上。

用于制作力传感器 铺砖 塑料落水管15厘米DIY 霍尼韦尔力传感器FSG15N1A Farnell 721-6671 力传感器安装支架Farnell 721-6683 4毫米插座红色JPR 705-210 4毫米插座黑色JPR 705-206 电池夹PP3型Maplin HF28F 9V PP3碱性电池 插座外壳PCB闩Hseng 4路Maplin HB58N PCB端子Maplin YW25C 坚果 螺栓 垫圈（2） 连接线 Cheesehead木螺钉1“（2） Plastiplug或类似产品（2） 使用螺丝和Plastiplugs将塑料下水管牢固地拧到砖上。将力传感器在其夹子中心（垂直和水平）固定在下导管的平坦前表面上。但是，确保在下水管中形成一个孔以允许力传感器通风 - 注意其底部有一个通气孔。 将两个4毫米插座安装在落水管的顶部表面上。 从PCB端子排上拆下四个端子引脚。将电池夹焊接到其中两个。将导线焊接到另外两个端子引脚，然后将它们分别连接到下降管上的红色和黑色插座。现在将PCB端子排插销插入插座外壳，这样当它被推到力传感器上时，连接与图T36.3所示的连接相匹配。

用于制作RC定时单元

方形塑料落水管（锯成两半）DIY 电容10000 mF 16 V Maplin AU13P * 2.2 k垂直封闭式碳预置UH14Q Maplin 切换SPDT切换JPR 800-352 4毫米插座白色（2）JPR 800-352 4毫米插座红色（2）JPR 705-210 4毫米插座黑色（2）JPR 705-206 连接线 获得胶水（Araldite Rapid或类似产品） 使用秒表 *电容必须是低泄漏。

调整2.2kΩ预置电阻的值，使其与10000 mF电容组合，得到10.0 s的时间常数RC。通过将RC定时单元连接起来最容易实现，如图T36.5所示。

将开关置于ON以对电容器充电并记下电压表上的读数。将开关置于OFF位置。现在在两个白色插座之间放置一个短路引线，时间为10.0秒，然后移除短路引线。电压表上的读数现在需要是最初的0.37（1 / e）。重复，调整预设电阻，直到出现这种情况。 如果结束时的电压过高，请降低预设电阻，反之亦然。 注意：为了接近完美，在调整RC定时器单元时，应该在该电路中包括货车和轨道的接触电阻，以使RC值达到10.0 s。实际上它们的电阻很低，几十欧姆，并且确实在运行过程中变化。因此，建议忽略这种改进。