用 Raspberry pi 进行物理实验(上)用 Rasp

2020-07-24
用 Raspberry pi 进行物理实验(上)用 Rasp

公式中的 u 是物件的初始速度,如果物件从静止的状态下坠, u=0 我们便可以得出下列公式:

用 Raspberry pi 进行物理实验(上)用 Rasp
用 Raspberry pi 进行物理实验(上)用 Rasp

实验中,让物件从静止的状态下坠(初始速度 u=0 ),然后利用 Raspberry Pi 量度到物件下坠的距离及时间,就可以利用上述公式计算出重力加速度。

相关实验器材设定

所需的材料有五项,包括电磁铁、继电器、 Raspberry pi 、 MCP3008 (模拟数码转换器)及压电陶瓷蜂鸣片,共五个组件。
连接方式与实物如下图:

用 Raspberry pi 进行物理实验(上)用 Rasp

材料连接模拟图

製作电磁铁

首先要预备製作电磁铁的材料,包括漆皮线、两吋扁头螺丝及水磨砂纸。
步骤非常简单,先将漆皮线绕在扁头螺丝上,大约 200 圈,因为我们需要这电磁铁吸着金属小球,所以不需要理会电磁铁的磁极。之后用水磨砂纸把漆皮线两边的漆皮磨去,用以接驳电芯就完成了。

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漆皮线绕在扁头螺丝上约 200 圈。

完成后,可以测试一下电磁铁的吸力,建议可以接驳 6 粒 AA 电芯,就可以
吸着一个约 4mm 的金属小球了。注意在每次测试的时候,只让电流通过电池铁约两至三秒,紧记通电时间不要过长,否则会产生过多的热力,引致危险。

用继电器控制电磁铁

接着因为 Raspberry Pi 所提供的 3.3V 或 5V 的接口,只适宜用使用在控制电路上,故不宜用来供电给电磁铁,所以我们会利用继电器来控制电磁铁的开关。

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继电器的接驳说明。

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Raspberry Pi 与麵包板的接驳。

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继电器实际接驳情况。

让 Raspberry Pi 感应金属球坠下

当金属球由高处坠下,撞击到下面的木板时,会产生震荡,利用此震荡讯号来确认金属球已下坠到该点。我们可以利用压电陶瓷蜂鸣片或压电式感测器( Piezo sensor ),贴在木板上,就可以侦测到震荡讯号。当金属球由高处坠下,撞击到木板时,所产生的震荡便会使蜂鸣片弯曲,继而产生电压。

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压电陶瓷蜂鸣片样本接线方式如图。

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蜂鸣片贴在木板底部,木板面上的「x」位置预计为金属小球下坠的位置。

下星期再续…