Messung der Fallzeit mit startIDE

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Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon Stuessi » 17 Mär 2018, 16:35

Hallo,

die guten Ergebnisse bei Kurzzeitmessungen mit TX-Pi plus ftDuino ermutigten mich, die Fallzeit einer Kugel zu messen.
Die Stahlkugel (32mm Durchmesser) wird durch einen E-Magneten (an M1 angeschlossen) festgehalten.
Nach Ausschalten fällt sie auf zwei Bleche, die dadurch in Kontakt kommen (I1).
Auf dem Display wird dann die Fallzeit angezeigt.

# new
Motor FTD 1 l 512 // E-Magnet einschalten
Delay 10000 // 10 sec Zeit, die Kugel an den Magneten zu hängen
Motor FTD 1 s 0 // E-Magnet ausschalten
TimerClear // Beginn der Fallzeit
WaitInDig FTD 1 Raising 0 // Aufprall und Kontakt der beiden Bleche
TimerQuery // Anzeige der Fallzeit


Bild

Bild

gemessene Fallzeit: 418 ms
aus 5 Messungen: 417ms .. 419 ms
Fallhöhe 850 mm

Daraus erhält man mit

h = g/2 * t^2 :

Fallbeschleunigung g = 9,73 m/s^2

Herzliche Grüße
Rolf
Stuessi
 
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Re: Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon PHabermehl » 17 Mär 2018, 21:28

Das klingt nach "Notizen aus der Praxis"...
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Re: Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon MasterOfGizmo » 17 Mär 2018, 22:07

Stuessi, deine Experimente sind der Hit. Genau sowas lässt sich prima im Physikunterricht nutzen. Wenn es doch bloss ein an Schulen verbreitetes Konstruktionsspielzeug gäbe ...

Das gefällt mir so gut, dass ich sowas gern in das Experimente-Kapitel des ftDuino aufnehmen würde.
ftDuino, der Arduino für fischertechnik: http://ftduino.de
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Re: Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon PHabermehl » 17 Mär 2018, 22:31

...ich habe ihm schon eine Vorlage geschickt, um diese Sachen zu dokumentieren... Ich hoffe, der Rolf macht das.

Gruß
Peter
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Re: Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon Stuessi » 18 Mär 2018, 00:10

MasterOfGizmo hat geschrieben:..Das gefällt mir so gut, dass ich sowas gern in das Experimente-Kapitel des ftDuino aufnehmen würde...


Da spricht nichts dagegen.
Ich werde es demnächst mal in Peters Vorlage übertragen ...
Stuessi
 
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Re: Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon fotoopa » 18 Mär 2018, 09:46

Stuessi hat geschrieben:gemessene Fallzeit: 418 ms
aus 5 Messungen: 417ms .. 419 ms
Fallhöhe 850 mm
Daraus erhält man mit
h = g/2 * t^2 :
Fallbeschleunigung g = 9,73 m/s^2


I think that your steel ball will stay on your magnet for a relatively long time after you have turned off the power. This makes your so-called total fall time very high. I think that the fall time is much lower. 10 years ago I worked a lot with falling objects in my high-speed photography. I used an FPGA controller and laser beams to determine the fall moments. Those fall times were something of 50 msec.

Bild

Bild

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Directe link on Flickr for more details:
https://www.flickr.com/photos/fotoopa_h ... 5557386491

Here a link to some pictures into the high-speed album.
https://www.flickr.com/photos/fotoopa_h ... 5557386491

I still have the full working setup. I also made a lot of 3D photos with it. With laser beams, your delay time for measurements is very low, less than 1 usec. My settings and readings were always accurate to 1 usec. It would be much more accurate if you used at least 1 laser beam just below the steel ball to have the start of the fall correctly.

Frans.
fotoopa
 
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Re: Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon davidrpf » 18 Mär 2018, 10:31

Hallo zusammen,

fotoopa hat geschrieben:I think that your steel ball will stay on your magnet for a relatively long time after you have turned off the power. This makes your so-called total fall time very high. I think that the fall time is much lower.


Der Grund, weshalb die Kugel eine gewisse Zeit am Magneten haften bleibt, ist die Selbstinduktion im E-Magneten. Nach dem "Ausschalten" des Magneten baut sich das Magnetfeld expotentiell ab. Es wird eine Spannung induziert (wegen U=-N*(dA*dB/dt)) und es fließt ein Strom, der dem ursprünglichen Strom nach der Regel von Lenz entgegengerichtet ist. Aufgrund dieses Stromflusses bleibt das B-Feld (B=µ*N*I/l) und die Haltekraft (Lorentzkraft) erhalten, obschon beide expotentiell kleiner werden. Erst nach einer gewissen Zeit, wenn der Selbstinduktionsstrom einen gewissen Wert unterschreitet, ist die Haltekraft des Magneten geringer als die Gewichtskraft auf die Kugel, sodass die Kugel fällt.
Wie genau die Zeit-Stromkurve verläuft, ist nur schwer feststellbar, solange man die Induktivität und den Widerstand nicht kennt. Außerdem spielen die Freilaufdioden im Motortreiber des ftDuinos eine Rolle, da sie den Effekt der Selbstinduktion bei DC-/Schrittmotoren begrenzen sollten.

Ich habe vor längerer Zeit die Beschleunigung einer ft Kugel auf einer schiefen Ebene gemessen (siehe ft:pedia 2016/1)
IMG_0163.jpg
Versuchsaufbau: Beschleunigung einer Kugel auf der schiefen Ebene

Bei dem Versuch messe ich die Verdunklungszeit an der ersten Lichtschranke und die Zeit zwischen den beiden Lichtschranken. Aus der Verdunklungszeit kann man angenähert die Momentangeschwindigkeit berechnen. Für den zurückgelegten Weg gilt dann: s= 1/2 at² + v0 *t. In diesen Messungen resultieren die Abweichungen durch Reibung an den Schienen und die Tatsache, dass die Drehbewegung der Kugel (Rotationsenergie) nicht gemessen wird.


Du hast erwähnt, dass mit der Kombination Pi+ftDuino der kleinstmöglich messbare Zeitraum ca 10ms beträgt. Solange man nicht weiß, ob dieser Fehler beim Starten/Stoppen der Messung, oder während der kontinuierlichen Abfrage entsteht und wie man diesen Fehler dann herausrechnen kann, würde ich eher mit dem ftDuino im Solobetrieb messen, da dieser ähnlich wie Frans FPGAs sehr kleine und präzise Zeitmessungen erlaubt.

Gruß
David
Polarkoordinaten Plotter https://youtu.be/u6XwKxZuxqk
Fertigungsanlage: https://youtu.be/H9mDs_pAOy4
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Re: Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon Stuessi » 18 Mär 2018, 12:06

Hallo,

über die Diskussion meiner Messungen und die Anregungen freue ich mich sehr!

Mit meinen Beiträgen möchte ich zeigen, wie einfach und spielerisch ich mit startIDE Messungen durchführen kann.
Ich möchte professionellen Messungen keine Konkurrenz machen, sondern zum Nachahmen anregen!
Wenige einfache Befehle in startIDE führen zu guten Messergebnissen.

Zeit Höhe Fallbeschleunigung
in sec in m in m/s²
0,415 0,85 9,87
0,416 0,85 9,82
0,417 0,85 9,78
0,418 0,85 9,73
0,419 0,85 9,68

Besser geht es mit startIDE nicht!

Faszinierend finde ich die Möglichkeit, mit TX-Pi ("vor Ort") auf TXT, Robo-Interface und ftDuino zugreifen zu können.
So habe ich für stack-Experimente mehrere Robo-Interfaces mit Schrittmotoren im Einsatz.
Auf dem Display vom TXT oder TX-Pi kann ich Daten ein- und ausgeben...
fischertechnik ist ein tolles Spielzeug!

Herzliche Grüße
Rolf
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Re: Messung der Fallzeit mit startIDE

Beitragvon davidrpf » 18 Mär 2018, 13:34

Hallo Rolf,

Stuessi hat geschrieben:Mit meinen Beiträgen möchte ich zeigen, wie einfach und spielerisch ich mit startIDE Messungen durchführen kann.
Ich möchte professionellen Messungen keine Konkurrenz machen, sondern zum Nachahmen anregen!
Wenige einfache Befehle in startIDE führen zu guten Messergebnissen.


Man beachte dein Programm aus dem Eingangsposting, das aus 8 (!) Zeilen Code beseteht. Das ist definitiv zum Nachbauen geeignet und an Einfachheit eigentlich nicht mehr zu überbieten. Es wäre sogar für ft mal eine Überlegung, ob man das Thema Robotics so mit den Kugelbahnen verknüpfen könnte.
Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass der entsprechende Arduino Sketch deutlich komplizierter ist.

Ich freue mich auf weitere Beiträge!

Gruß
David
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