PANEL SURYA SEBAGAI PELACAK BAYANGAN: 7 Langkah (Dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Besaran mendasar yang digunakan dalam Fisika dan ilmu-ilmu lain untuk menggambarkan gerakan mekanis adalah kecepatan. Mengukur telah menjadi kegiatan yang berulang di kelas eksperimen. Saya biasanya menggunakan kamera video dan software TRACKER untuk mempelajari pergerakan objek tertentu dengan siswa saya. Satu kesulitan yang kami alami adalah: objek yang bergerak dengan kecepatan relatif tinggi tampak kabur dalam bingkai video, yang menimbulkan ketidakpastian dalam pengukuran yang dilakukan dengan perangkat lunak. Metode dan instrumen yang paling umum untuk mempelajari objek dengan kecepatan relatif tinggi didasarkan pada efek DOPPLER dan sensor optik yang digabungkan dengan kronograf.

Dalam INSTRUCTABLE ini saya mendekati metode eksperimental alternatif untuk mengukur kecepatan rata-rata suatu objek dengan menggunakan panel surya dan osiloskop. Ini berlaku dalam pelajaran lab mata pelajaran Fisika (Mekanika Klasik), khususnya dalam topik: Kinematika gerakan mekanik terjemahan. Metode yang diusulkan dan aplikasi eksperimentalnya sangat cocok untuk tugas-tugas eksperimental lain dalam disiplin Fisika untuk non-lulusan dan lulusan. Mungkin juga digunakan dalam kursus sains lain di mana konten ini dipelajari.

Jika Anda ingin mempersingkat landasan teori dan langsung ke konstruksi alat percobaan, cara melakukan pengukuran, bahan yang dibutuhkan dan gambar desain saya, silakan langsung ke langkah 6.

Langkah 1: Beberapa Teori:

“Kecepatan” dikenal sebagai jarak yang ditempuh suatu benda dalam selang waktu tertentu. Kelajuan adalah besaran skalar, yaitu besaran vektor kecepatan yang juga memerlukan arah terjadinya perubahan posisi. Kami akan berbicara dalam INSTRUCTABLE ini untuk mengukur kecepatan, tetapi kami benar-benar akan mengukur kecepatan rata-rata.

Langkah 2: Mengukur Kecepatan Dengan Panel Surya?

Panel surya adalah perangkat yang beroperasi di bawah prinsip efek fotolistrik dan yang fungsi utamanya adalah untuk mensirkulasikan arus listrik di sirkuit di mana mereka digunakan. Misalnya, panel surya digunakan untuk mengoperasikan jenis jam tangan tertentu, mengisi daya baterai dari semua jenis, juga dalam sistem pembangkit AC untuk jaringan publik dan di rumah. Aplikasinya banyak, harganya di pasaran semakin menarik dan kontribusinya terhadap pembangunan berkelanjutan yang besar.

Karena perkembangan teknologi ini telah berpengalaman kami menemukannya di banyak perangkat, misalnya yang saya tunjukkan diekstraksi dari senter murah yang saya simpan dan sekarang memiliki penggunaan baru.

Prinsipnya dasar. Ketika seberkas cahaya diproyeksikan di atas sebuah panel, hal itu menyebabkan perbedaan potensial listrik (tegangan) pada terminalnya. Ketika voltmeter terhubung, ini mudah diverifikasi. Perbedaan potensial ini bertanggung jawab atas sirkulasi arus listrik ketika perangkat konsumen terhubung, misalnya, hambatan listrik. Bergantung pada "impedansi" sirkuit dan karakteristik panel, itu akan mengalirkan lebih banyak atau lebih sedikit arus. Sehubungan dengan arus ini, penurunan tegangan akan dialami di terminal panel surya setelah konsumen terhubung, tetapi jika impedansi tetap konstan, tegangan juga dijaga konstan selama karakteristik iluminasi juga. Voltmeter umumnya memiliki impedansi tinggi sehingga akan mempengaruhi sangat sedikit tegangan yang diukur dengan mereka. Tapi apa yang terjadi jika iluminasi berubah?, begitu juga tegangannya dan ini adalah variabel yang akan kita gunakan.

Meringkas:

• Sebuah panel surya ketika diterangi menunjukkan tegangan pada terminalnya yang dapat diukur dengan voltmeter.

• Tegangan tidak berubah jika impedansi rangkaian dan karakteristik iluminasi dijaga konstan (harus dalam spektrum sensitif panel agar efek fotolistrik terjadi).

• Setiap perubahan iluminasi akan menyebabkan variasi tegangan, variabel yang nantinya akan digunakan untuk mendapatkan kecepatan benda dalam percobaan.

Berdasarkan sila sebelumnya dapat dirumuskan gagasan sebagai berikut:

Bayangan benda yang diproyeksikan, bergerak pada panel surya akan menyebabkan penurunan tegangan terminalnya. Waktu yang diperlukan untuk penurunan dapat digunakan untuk menghitung kecepatan rata-rata benda yang bergerak.

Langkah 3: Eksperimen Awal

Dalam video sebelumnya, prinsip-prinsip yang menjadi dasar ide sebelumnya ditampilkan secara eksperimental.

Gambar menunjukkan waktu variasi tegangan berlangsung yang diplot oleh osiloskop. Dengan mengonfigurasi fungsi pemicu dengan benar, Anda dapat memperoleh grafik yang dapat digunakan untuk mengukur waktu yang telah berlalu selama variasi. Dalam demonstrasi, variasinya sekitar 29,60 ms.

Sebenarnya, rancangan papan tulis dalam percobaan bukanlah benda titik, melainkan memiliki dimensi. Ujung kiri penghapus mulai memproyeksikan bayangannya pada panel surya dan akibatnya mulai menurunkan tegangan ke nilai minimum. Ketika penghapus bergerak menjauh dan panel mulai ditemukan lagi, peningkatan tegangan terlihat. Total waktu yang diukur sesuai dengan waktu yang dibutuhkan proyeksi bayangan untuk menempuh seluruh panel. Jika kita mengukur panjang objek (yang seharusnya sama dengan proyeksi bayangannya jika kita berhati-hati) kita menambahkannya dengan panjang zona aktif panel dan membaginya antara waktu variasi tegangan berlangsung, maka kita akan memperoleh kecepatan rata-rata benda tersebut. Ketika panjang benda yang akan diukur kecepatannya secara kuantitatif lebih tinggi dari zona aktif panel, panel dapat dianggap sebagai objek titik tanpa menimbulkan kesalahan besar dalam pengukuran (artinya tidak menambahkan panjangnya ke panjang objek).

Mari kita lakukan beberapa perhitungan (lihat gambar)

Langkah 4: Untuk Menerapkan Metode Ini Beberapa Tindakan Pencegahan Harus Diperhitungkan

• Panel surya harus diterangi oleh sumber cahaya yang disediakan dalam desain eksperimental, menghindari sejauh mungkin sumber cahaya lain yang mempengaruhinya.

• Sinar cahaya harus mengenai tegak lurus permukaan panel surya.

• Objek harus memproyeksikan bayangan yang terdefinisi dengan baik.

• Permukaan panel dan bidang yang memuat arah gerakan harus sejajar.

Langkah 5: Latihan Khas

Tentukan kelajuan sebuah bola yang jatuh dari ketinggian 1m, perhatikan kecepatan awal cero.

Jika bola jatuh bebas caranya sangat sederhana: lihat gambar

Dalam kondisi nyata nilai sebelumnya mungkin lebih rendah karena aksi gesekan dengan udara. Mari kita tentukan secara eksperimental.

Langkah 6: Desain, Konstruksi, dan Eksekusi Eksperimen:

• Tempelkan tabung plastik ke area aktif panel surya. • Solder kabel baru ke terminal panel surya sehingga kontak palsu dapat dihindari.

• Buat penyangga untuk rakitan tabung panel surya sehingga dapat dipegang secara horizontal.

• Tempatkan senter atau sumber cahaya lain pada penyangga lain sehingga proyeksi cahaya yang dipancarkan mengenai panel surya secara tegak lurus.

• Periksa dengan multimeter bahwa ketika cahaya mengenai panel surya, nilai tegangan konstan yang lebih besar dari nol dicatat.

• Tempatkan rakitan tabung panel surya di bagian depan lentera, berikan jarak yang lebih besar daripada objek yang ingin Anda ukur kecepatannya. Cobalah untuk menjaga sejauh mungkin sumber cahaya (senter) dari panel surya. Jika cahaya lentera dibuat oleh satu led, lebih baik.

• Ukur dari pusat panel surya dan ke atas sejauh satu meter dan tandai pada batang, dinding atau sejenisnya.

• Hubungkan probe osiloskop ke terminal panel surya, dengan memperhatikan polaritasnya.

• Atur opsi TRIGGER dengan benar pada osiloskop, sehingga semua variasi tegangan dapat direkam selama lewatnya bayangan pada panel. Dalam kasus saya, pembagian waktu dalam 5ms dan pembagian tegangan dalam skala adalah 500mv. Garis tegangan nol harus disesuaikan ke bawah sehingga semua variasi cocok. Ambang pemicu ditempatkan tepat di bawah tegangan konstan awal.

• Ukur panjang objek dan zona aktif panel, tambahkan dan tuliskan untuk perhitungan kecepatan.

• Jatuhkan tubuh dari ketinggian 1m sehingga bayangannya memotong pancaran cahaya yang diproyeksikan oleh lentera.

• Ukur waktu variasi tegangan dengan kursor osiloskop pada skala waktu.

• Bagilah jumlah panjang yang dibuat sebelumnya antara waktu yang diukur dalam osiloskop.

• Bandingkan nilai dengan perhitungan teoritis dan sampai pada kesimpulan (perhitungkan kemungkinan faktor yang menyebabkan kesalahan dalam pengukuran).

Hasil yang diperoleh: lihat gambar

Langkah 7: Beberapa Catatan Eksperimen:

• Hasil yang diperoleh tampak benar sesuai dengan teori.

• Objek yang dipilih untuk eksperimen ini tidak ideal, saya berencana untuk mengulanginya dengan objek lain yang dapat memproyeksikan bayangan yang lebih jelas dan simetris untuk menghindari kemungkinan rotasi selama musim gugur.

• Akan sangat ideal untuk menempatkan tabung-panel dan lentera di meja terpisah, meninggalkan ruang kosong di bawah.

• Eksperimen harus diulang beberapa kali, mencoba mengendalikan kemungkinan penyebab kesalahan dalam pengukuran dan metode statistik harus digunakan untuk mendapatkan hasil yang lebih andal.

Saran bahan dan instrumen untuk proyek ini: Meskipun saya percaya bahwa semua osiloskop digital, sumber cahaya, dan panel surya dapat berfungsi, inilah yang saya gunakan.

PERHATIKAN OSKILOSKOP

PANEL SURYA

OBOR

Semua bahan dan alat yang digunakan dalam proyek saya dapat dibeli melalui Ebay. Jika Anda mengklik tautan berikut dan melakukan pembelian, Anda akan berkontribusi untuk mendapatkan komisi kecil.

EBAY.com

Saya akan menunggu komentar, pertanyaan, dan saran Anda.

Terima kasih dan ikuti terus proyek saya berikutnya.