Hız, bir yerden bir yere ne kadar hızlı gidebileceğinizi söyleyen kullanışlı bir ölçüdür. Bir arabanın en yüksek hızı, genellikle motorun ne kadar güçlü olduğunun iyi bir göstergesidir, ancak herkesin hız sınırları içinde kaldığını varsayarsak, en yüksek hızlar yalnızca kağıt üzerindeki sayılardır. Çünkü oruç tutmanın bir faydası olmadığı gibi, az veya hiç olmanın da bir faydası yoktur.
Hızlanma, hızdan daha ilginçtir ve direksiyon başında tehlikeden kaçınmanız gerekiyorsa daha yararlıdır: bir şeyin ne kadar hızlı hızlanıp yavaşlayabileceği. İvmeyi ölçmek, hızı ölçmekten biraz daha zordur çünkü hızın belirli bir süre içinde nasıl değiştiğini bilmeyi içerir. Hızlanmayı nasıl ölçersiniz? Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, ivmeölçer adı verilen bir cihazla. Bir zamanlar bu tür araçları yalnızca uzay roketlerinde veya jumbo jetlerde bulurdunuz; Artık neredeyse her arabada, birçok dizüstü bilgisayarda ve iPod’lar, iPhone’lar ve Nintendo Wii gibi her türlü cihazda bulunuyorlar. Ne olduklarına, ne yaptıklarına ve nasıl çalıştıklarına daha yakından bakalım!
İvmeölçerler ne için kullanılır?
İvmeölçerler kelimenin tam anlamıyla roket biliminin malzemesidir. Bir uzay aracına monte edildiğinde, yalnızca roketin hızındaki değişiklikleri değil, aynı zamanda apojesini (araç Dünya’ya veya başka bir kütleye maksimum uzaklıkta olduğunda, bu nedenle yerçekimi ivmesi minimumdur) ve yönündeki değişiklikleri ölçmek için yararlı bir yoldur. Çünkü bir şeyi bükmek, yerçekiminin onu etkileme biçimini ve hissettiği kuvveti değiştirir. İvmeölçerler, uçak ve gemi otopilotları gibi ataletsel navigasyon ve yönlendirme sistemlerinde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Ulaşımda çok yaygın bir başka kullanım da otomobil hava yastıklarıdır. İvmeölçer, araç hızında ani bir çarpışma olduğunu gösteren ani bir değişiklik algıladığında, hava yastıklarını açan bir devreyi tetikler.
Modern bir cep telefonuna, MP3 oynatıcısına veya elde taşınır oyun konsoluna sahip olanlar, bilseler de bilmeseler de muhtemelen bir ivmeölçer kullanırlar. Çünkü onu bir yandan diğer yana eğdiğinizde algılayabilir. Ekran düzenini dikeyden yataya değiştirdiğinizde, iPhone veya iPod Touch’ınız bunu otomatik olarak bu şekilde algılar. iPhone gibi cihazlar için tasarlanmış pek çok oyun ve “uygulama”, içindeki küçük ivmeölçer yongalarını kullanarak bir nesneyi ne kadar sert veya hızlı hareket ettirdiğinizi veya salladığınızı algılayarak çalışır.
İvmeölçerlerin kullanıldığı bazı alanlar oldukça ilgi çekicidir. Şaşıracaksın. Örneğin, yüksek teknolojiye sahip çamaşır makinelerinde dengesiz yükü algılayabilen ve elektrik motorunu kapatarak kendi kendine dönmesini engelleyen ivmeölçerler olduğunu biliyor muydunuz? Veya elektronik ütüler ve fanlı ısıtıcılar gibi ısıtma cihazlarının, düşürüldüklerini algılayan ve yangına neden olmalarını önlemek için onları kapatan ivmeölçerlere sahip olduğunu? Bunlar, roket biliminin hayatta sıklıkla kullanılan ve faydalı olan yönleridir.
İvmeölçerler hızlandığında ne olur?
İvmeölçerlerin faydalarını anlamak için tam olarak nasıl çalıştıklarını anlamak gerekir. Durgun halden 100 km/s’ye (veya daha doğrusu hıza) 5 saniyede çıkan bir arabanız varsa, hızlanma hızdaki değişimin veya hızın zamana bölümüdür, yani 100/5 veya 20 km/s/sn. Diğer bir deyişle, bir araba seyahat ettiği her saniye için hızına 20 km/s daha ekler. Bu arabada oturuyorsanız, kronometre ve araba hız göstergesi ile hızlanmayı ölçebilirsiniz. Hız göstergesi sadece 5 saniye sonra okuduğunda, 5’e bölünen değer hızlanmadır.
Peki ya arzu belli bir sürenin geçmesini beklemeden ivme öğrenmekse nasıl hesaplanır? Bu hesabı yapabilmek için hareket yasalarını bilmek, yani İngiliz bilim adamı Isaac Newton’un kütle ve kuvveti ilişkilendirerek ivmeyi farklı bir şekilde tanımlayabilmesi gerekir. Belirli bir kuvvete sahipseniz (örneğin, kuvveti bacağınızdan vurduğunuzda) ve bunu bir bloğa (bir futbol topuna) uygularsanız, bloğu hızlandırırsınız ve top havaya fırlar. Newton’un ikinci hareket yasası kuvvet, kütle ve ivmeyi şu çok basit denklemle ilişkilendirir:
Kuvvet = kütle x ivme
Başka bir deyişle ivme, her bir kütle birimini hareket ettirmek için gereken kuvvet miktarıdır. Bu denkleme bakarak futbol toplarının neden bu şekilde çalıştığını anlayabilirsiniz: Ne kadar sert vurursanız (kuvvet o kadar fazla) veya top ne kadar hafifse (kütle o kadar az), o kadar fazla momentum üretir ve o kadar hızlı hareket eder. top gökyüzünde havalanacak. Ayrıca, ivmeyi hesaplamak için mesafeyi, hızı veya zamanı içermeyen ikinci bir yöntemimiz olduğunu da görebilirsiniz. Bir cisme etki eden kuvveti ve kütlesini ölçebilirsek, ivmesini basitçe kuvveti kütleye bölerek bulabiliriz. Hızı veya zamanı ölçmeye gerek yok!
İvmeölçerler nasıl çalışır?
Bu denklem, ivmeölçerlerin arkasındaki teoridir: ivmeyi, hızın zaman içinde nasıl değiştiğini hesaplayarak değil, kuvveti ölçerek ölçerler. Bunu nasıl yapıyorlar? genel anlamda; Kuvvet uygulanan kütlenin ivmesi, diğerine uyguladığı basınç miktarına bağlıdır.
Arabadayken hepimizin bildiği durum bu. Bir arabanın arka koltuğunda oturduğunuzu ve sürücünün yavaş hareket eden bir kamyonu geçmek için aniden hızlandığını hayal edin. Önce ileri hızlanma olur, ardından koltuğa dönüş hissedilir. Çünkü arabanın ivmelenmesi onu aniden ileri doğru hareket ettirir. Araba ileri doğru hızlanırken siz geriye doğru gittiğinizi düşündüğünüzde bu bir yanılsamadır.
Hareket yasalarına göre vücudunuz sabit bir hızda kalmaya çalışırken, araba sabit bir kuvvetle koltuğa doğru itiyor ve hızınızı artırmaya çalışıyor. Ve araba ne kadar hızlı hızlanırsa, yolcu koltuğundan o kadar fazla itme hisseder. Beyniniz ve vücudunuz, makul derecede verimli bir ivmeölçer yapmak için birlikte çalışır: vücudunuz ne kadar çok kuvvet uygularsa, beyniniz vücudunuzun hareketleri ile arabanın hareketleri arasındaki farkı o kadar hızlı kaydeder. (Ve hareket eden nesnelerin bir pencereden geçme hızı, bir araba motorunun sesindeki bir değişiklik de dahil olmak üzere, diğer duyulardan faydalı ipuçları alır. Örneğin, akan havanın gürültüsü, vb.) İnsanlar, hızlanmadaki değişikliklerden kaynaklanan değişiklikleri hissederler. kat ettikleri mesafeyi ve ne kadar sürdüğünü hesaplayarak değil. İvmeölçerler genellikle aynı şekilde çalışır.
İvmeölçer türleri
Farklı ivmeölçer türleri vardır. Mekanik mekanizmalar, kuvvetler üzerlerine etki ettikçe ileri geri hareket eden arabalarda oturan yolcuların minyatür, basit kopyalarıdır. Bir dış kabuğun içinde asılı duran bir yaya bağlı bir blok gibi bir şeyleri var. Hızlandığınızda, nesne anında hareket eder, ancak kütle geride kalır ve yay, hızlanma ile orantılı bir kuvvetle genişler. Yayın esneme mesafesi (çekme kuvvetiyle orantılı), kuvveti ve ivmeyi çeşitli şekillerde ölçmek için kullanılabilir.
Sismometreler (depremleri ölçmek için kullanılır) genellikle depremlerin kuvvetlerini kaydetmek için yaylara bağlı ağır bloklar üzerindeki kalemleri kullanarak bu şekilde çalışır. Bir deprem meydana geldiğinde, sismometrenin kabinini sallar, ancak (bir kütleye bağlı) kalemin hareket etmesi daha uzun sürer, bu nedenle kağıt grafik üzerinde sarsıntılı bir iz bırakır.
İvmeölçerlerin alternatif tasarımları, kuvveti kağıda kalem işaretleri yaparak değil, elektrik veya manyetik sinyaller üreterek ölçer. Basınca dayanıklı ivmeölçerlerde blok, üzerine etki eden kuvvet miktarına göre elektrik akımını yukarı veya aşağı çeviren bir ses kontrolü gibi bir potansiyometreye (değişken direnç) bağlanır. Kapasitörler benzer şekilde kuvveti ölçmek için ivmeölçerlerde kullanılabilir: hareket eden bir kütle iki metal plaka arasındaki mesafeyi değiştirirse, kapasitanstaki değişimin ölçülmesi uygulanan kuvvetin bir ölçümünü verir.
Bazı ivmeölçerlerde kuvars gibi piezoelektrik kristaller akıllı işi yapar. Bir kütleye bağlı bir kristal vardır, bu nedenle ivmeölçer hareket ederken kütle kristale baskı yapar ve küçük bir voltaj üretir. Hall etkili ivmeölçerlerde kuvvet ve ivme, manyetik alandaki küçük değişiklikleri algılayarak ölçülür.
Bir gofret üzerinde MEMS ivmeölçer
Cep telefonlarının içinde bulabileceğiniz ivmeölçerlerde yaylar üzerinde aşağı yukarı zıplayan devasa bloklar yoktur ve bu kadar büyük bir cihaz asla bir telefonun içine sığamaz. Bunun yerine, cep telefonu ivmeölçerleri, tüm bileşenleri bir silikon parçasının yüzeyine kimyasal olarak kazınmış mikroçiplere dayanır. Teknik olarak MEMS ivmeölçerler olarak adlandırılırlar ve “MEMS”, Mikro Elektromekanik Sistemler (MEMS) anlamına gelir. Kulağa çok karmaşık geliyor, ancak basitçe, kullanışlı bir silikon çip üzerine monte edilmiş küçük bir elektrikli ve mekanik cihaz anlamına geliyor.
İşte bu yarı iletken ivmeölçerlerden birinde bulacağınız şeyin çok basitleştirilmiş bir örneği;
Merkezde, ivmeölçeri hareket ettirirken veya eğerken çok az yukarı ve aşağı hareket etmeye yetecek kütleye sahip kırmızı bir elektrot (elektrot ucu) bulunur. Direk, onu tutacak kadar sert ancak hareket etmesine izin verecek kadar esnek olan küçük bir kiriş (konsol) tarafından desteklenir. Bir elektrik devresine bağlanabilmesi için kontrol ünitesinden ve elektrottan çipin dışına bir elektrik bağlantısı vardır. Kırmızı elektrodun altında ve bir hava boşluğuyla ayrılmış ikinci bir elektrot (mor) bulunur. İki elektrot arasındaki hava boşluğu, kırmızı ve mor elektrotların bir kondansatör olarak birlikte çalıştığı anlamına gelir. İvmeölçeri hareket ettirdiğinizde ve kırmızı elektrot yukarı ve aşağı hareket ettiğinde, kırmızı ve mor elektrotlar arasındaki mesafe değişir ve aralarındaki kapasitans da değişir.
Burada çok küçük mesafelerden bahsediyoruz, metrenin birkaç milyonda biri (mikron, mikron). Küçük yalıtım parçaları (siyah çizgilerle gösterilmiştir), ivmeölçer gerçekten büyük bir kuvvete (ani bir sarsıntı) maruz kalırsa kırmızı elektrodun mor elektrotla doğrudan elektrik teması kurmasını engeller. Benzer şekilde, kırmızı elektrotun üzerine mavi bir elektrot yerleştirilir ve ikinci bir kondansatör oluşturan başka bir hava boşluğu bulunur. Daha önce olduğu gibi, ivmeölçeri hareket ettirdikçe mavi ve kırmızı elektrotlar arasındaki mesafe (ve aralarındaki kapasitans) değişir.
Elektrotlar, daha büyük bir devreye bağlanabilmeleri için levhanın kenarlarındaki daha fazla terminale bağlanır. Şimdi, bunun gibi kapasitörlerle ilgili şaşırtıcı olan şey, çeşitli farklı elektrotlardan ve farklı silikon türlerinden yapılmış olmalarıdır ( n-tipi ve p-tipi) elektriksel olarak ve iletken katmanlara sahip mikroskobik tek slaytlar üzerinde üretilmiştir.
kaynak:
https://www.rankred.com/what-is-an-accelerometer-definition-types-
https://www.fierceelectronics.com/sensors/what-accelerometer
https://www.omega.com/en-us/resources/accelerometers
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın