— Q U E S T I O N: Miten autojen ja lentokoneiden mittarit toimivat? Nopeusmittari mittaa edelleen tarkasti nopeuden riippumatta siitä, kuinka kovaa moottori toimii, esimerkiksi kun auto ajaa mäkeä ylös tai alas. Miten se on mahdollista? Miten lentokone mittaa nopeutensa? Mittaako se tuulen virtausta siipien yli? Jos mitataan, miten mittarit kompensoivat sivutuulet? Entä miten asentomittari toimii lentokoneeseen vaikuttavista g-voimista huolimatta? – Drew U.
A N S W E R: Jukra, Drew. Tuossa on hirveän paljon kysymyksiä. Laskin kuusi kysymysmerkkiä! Asia on niin, että minulle maksetaan palstan, ei kysymyksen mukaan, joten se on aika iso kuorma yhdelle yksinäiselle vastausnörtille yhdellä viikolla, varsinkin kun otetaan huomioon, että on suuri pyhäpäivä ja kaikki. Puhumattakaan siitä, että kun lähetit kysymyksesi, et laittanut rastia ruutuun, jonka avulla olisit voinut tehdä pienen lahjoituksen työllesi. Mutta eihän sitä kukaan koskaan tee.
Toisaalta, nuo ovat pirun hienoja kysymyksiä, joita olet esittänyt. Jos miettii, niin kaikkien noiden mittareiden ja kellotaulujen tarkkuudessa on aika paljon pelissä. Kyky mitata etenemisnopeutta tarkasti on aika keskeistä sekä auton että lentokoneen turvallisuuden kannalta.
Esimerkiksi lentäjällä on aina hyvä olla käsitys siitä, kuinka nopeasti lentokone liikkuu laskeutumisvaiheessa. Ja tarkka lukema ajoneuvosi nopeudesta on erittäin hyödyllinen, kun haluat välttää ärsyttävät liikennesakot. Teen siis näin, Drew. Tunnollinen vastausnörtti, joka olen, aion vastata kaikkiin kysymyksiisi, mutta jaan ne kahtia. Tällä viikolla tarkastelemme autoja, ensi viikolla lentokoneita.
Lukujen kääntäminen
Aloitetaanko siis vanhasta luotettavasta nopeusmittarista? Nopeus, jolla autosi kulkee, saattaa tosiaan liittyä siihen, kuinka kovaa moottori käy ja ajetaanko ylämäkeen vai alamäkeen, mutta näillä tekijöillä ei ole mitään tekemistä nopeuden mittaamisen kanssa. Sen sijaan vetoakselin pyörimisnopeutta käytetään määrittämään, kuinka nopeasti autosi liikkuu. Temppu tässä on tuon pyörimisnopeuden muuntaminen mailia tunnissa vastaavaksi nopeudeksi.
Näin se tehdään analogisissa nopeusmittareissa – sellaisissa, joissa neula osoittaa numeroa asteikkotaululla. Vetoakselissa on matopyörä, joka on kierteitetty kuin ruuvi. Tuo matopyörä pyörittää hammaspyörää, joka istuu nopeusmittarin kaapelin toisessa päässä. Vaijerin sisällä on pyörivä vaijeri, jota käyttöakselin pyöriminen pyörittää suoraan.
Nyt nopeusmittarin vaijerin sisällä olevan vaijerin toisessa päässä on magneetti. Tämä magneetti istuu niin sanotun vetokupin sisällä, joka on valmistettu ei-magneettisesta metallista, yleensä alumiinista. Magneetti pyörii vaijerin pyöriessä ja luo magneettikentän, joka pakottaa vetokupin kääntymään samaan suuntaan. Vetokuppiin on kiinnitetty kara, joka on yhteydessä nopeusmittarin osoittimeen. Karassa oleva kierrejousi toimii vastapainona vetokupin pyörimiselle.
Kiihdyttäessäsi magneettikentän voimistuminen siirtää vetokuppia pidemmälle; hidastaessasi vauhtia jousi vetää osoittimen takaisin. Koko järjestelmä on kalibroitu siten, että osoitin osoittaa oikeaa nopeutta. Kun pysähdyt kokonaan, jousi vetää osoittimen kokonaan nollaan.
Digitaalinen toiminta
Digitaaliset nopeusmittarit ovat hieman erilaisia. Autossa, jossa on digitaalinen nopeusmittari, käytetään nopeusanturia, joka yleensä koostuu magneetista, jota ympäröi lankakela, aivan kuten sähkökitaran poiminta. Anturi on asennettu suoraan vaihteiston hammaspyörän viereen, ja kun hammaspyörä pyörii, sen hampaat viuhuvat ohi, jolloin anturin magneettikenttä katkeaa. Prosessi on samanlainen kuin tapa, jolla värähtelevä jousi aktivoi kitaran pickupin. Vaihteen liike tuottaa sähkövirran, joka on suoraan verrannollinen vaihteen pyörimisnopeuteen. Tietokoneen siru käsittelee virran ja muuntaa sen luvuksi, joka vastaa nopeutta, jolla kuljetaan, joko maileina tai kilometreinä tunnissa.
Tajuatko? Hyvä. Ensi viikolla tarkastelemme, miten lentonopeus määritetään. Valmistellessasi sitä, Drew, sinun kannattaa ehkä kerrata Bernoullin yhtälöä, sillä niin paljon kuin inhoankin tehdä sitä, minun on kai pakko heittää mukaan hieman matematiikkaa, jotta kaikki käy selväksi.
Todd Campbell on Seattlessa asuva kirjailija ja Internet-konsultti. The Answer Geek ilmestyy viikoittain, yleensä torstaisin.