— Q U E S T I O N: Hvordan fungerer måleinstrumenter i biler og fly? Fartmåleren måler stadig nøjagtigt hastigheden, uanset hvor hårdt motoren arbejder, f.eks. en bil, der kører op eller ned ad en bakke. Hvordan er det muligt? Hvordan måler et fly sin hastighed? Måler det vindstrømmen over vingerne? Hvis ja, hvordan kompenserer instrumenterne for sidevind? Og hvordan fungerer en flyvestillingindikator på trods af eventuelle g-kræfter, der virker på flyet? – Drew U.
A N S W E R: Hold da op, Drew. Det er en frygtelig masse spørgsmål. Jeg tæller seks spørgsmålstegn! Sagen er den, at jeg bliver betalt pr. spalte, ikke pr. spørgsmål, så det er en temmelig stor belastning for en enkelt svarnørd i en enkelt uge, især i betragtning af at der er en stor helligdag at tage hensyn til og det hele. For ikke at nævne det faktum, at da du sendte dit spørgsmål ind, satte du ikke kryds i den lille boks, der ville have givet dig mulighed for at give en lille donation til undertegnede for al den indsats. Men det er der jo aldrig nogen, der gør.
På den anden side er det nogle rigtig gode spørgsmål, du har stillet. Hvis man tænker over det, er der en hel del på spil i nøjagtigheden af alle disse urskiver og målere. Evnen til at måle din fremdriftshastighed nøjagtigt er ret afgørende for både bilens og flyets sikkerhed.
For eksempel ønsker du altid, at din pilot skal have en idé om, hvor hurtigt flyet bevæger sig, når du kommer ind til en landing. Og det er meget nyttigt at have en nøjagtig aflæsning af dit køretøjs hastighed for at undgå de irriterende færdselsbøder. Så her er, hvad jeg har tænkt mig at gøre, Drew. Den samvittighedsfulde svarnørd jeg er, vil jeg besvare alle dine spørgsmål, men jeg vil dele dem i to dele. I denne uge ser vi på biler, i næste uge på flyvemaskiner.
Oversættelse af tallene
Så lad os begynde med det trofaste gamle speedometer, skal vi? Den hastighed, som din bil kører med, kan ganske vist hænge sammen med, hvor hårdt din motor arbejder, og om du kører op ad bakke eller ned ad bakke, men disse faktorer har slet ikke noget at gøre med måling af hastigheden. I stedet bruges en drivaksels rotationshastighed til at bestemme, hvor hurtigt din bil kører. Tricket her er at oversætte denne rotation til dens ækvivalent i miles i timen.
Sådan foregår det i analoge fartmålere – den slags, hvor en nål peger på et tal på en skive. På drivakslen sidder et sneglehjul, der har gevind som en skrue. Dette sneglehjul drejer et tandhjul med hak, som sidder i den ene ende af speedometerkablet. Inde i dette kabel er der en roterende ledning, som drives direkte af drivakslens rotation.
I den anden ende af ledningen inde i speedometerkablet er der en magnet. Denne magnet sidder inde i noget, der kaldes en trækbæger, som er fremstillet af et umagnetisk metal, normalt aluminium. Magneten drejer rundt, når ledningen roterer, hvilket skaber et magnetfelt, der tvinger trækbægeret til at dreje i samme retning. På trækbægeret er der fastgjort en spindel, som er forbundet med viseren på speedometeret. En spiralfjeder på spindlen tjener til at modvirke slæbekoppens rotation.
Hvis du accelererer, flytter det øgede magnetfelt slæbekoppen længere rundt; når du sænker farten, trækker fjederen viseren tilbage. Hele systemet er kalibreret, således at viseren angiver den korrekte hastighed. Når du holder helt op med at bevæge dig, trækker fjederen viseren helt tilbage til nul.
Digitalt arbejde
Digitale fartmålere er lidt anderledes. En bil med et digitalt speedometer bruger en hastighedssensor, som normalt består af en magnet omgivet af en trådspole, ganske som pickuppen på en elektrisk guitar. Sensoren er monteret direkte ved siden af et tandhjul på gearkassen, og når tandhjulet drejer rundt, suser dets tænder forbi og afbryder magnetfeltet på sensoren. Processen svarer til den måde, hvorpå en vibrerende streng aktiverer en pickup på en guitar. Tandhjulets bevægelse producerer en elektrisk strøm, som er direkte proportional med tandhjulets rotationshastighed. En computerchip behandler strømmen og omsætter den til et tal, der svarer til den hastighed, du bevæger dig med, enten i miles eller kilometer i timen.
Fatter du det? Godt. I næste uge ser vi på, hvordan lufthastigheden bestemmes. Som forberedelse, Drew, vil du måske gerne genopfriske Bernoullis ligning, for hvor meget jeg end hader at gøre det, tror jeg, at jeg bliver nødt til at smide lidt matematik ind for at gøre det hele klart.
Todd Campbell er forfatter og internetkonsulent og bor i Seattle. The Answer Geek udkommer ugentligt, normalt om torsdagen.