— Q U E S T I O N: Jak działają prędkościomierze w samochodach i samolotach? Prędkościomierz nadal będzie dokładnie mierzył prędkość niezależnie od tego, jak mocno pracuje silnik, np. gdy samochód jedzie pod górę lub z góry. Jak to jest możliwe? W jaki sposób samolot mierzy swoją prędkość? Czy mierzy przepływ wiatru nad skrzydłami? Jeśli tak, to jak przyrządy kompensują wiatry boczne? I jak działa wskaźnik położenia, pomimo wszelkich sił g działających na samolot? – Drew U.
A N S W E R: O rany, Drew. To jest strasznie dużo pytań. Naliczyłem sześć znaków zapytania! Rzecz w tym, że płacą mi za kolumnę, a nie za pytanie, więc to całkiem spory ładunek dla jednego samotnego Answer Geek’a w jednym tygodniu, szczególnie biorąc pod uwagę, że jest wielkie święto do rozważenia i w ogóle. Nie wspominając już o tym, że kiedy wysłałeś swoje pytanie, nie zaznaczyłeś małego okienka, które pozwoliłoby ci przekazać małą darowiznę dla ciebie za cały ten wysiłek. Ale wtedy nikt nigdy tego nie robi.
Z drugiej strony, to są niektóre cholernie dobre pytania, które zadałeś. Jeśli się nad tym zastanowić, to dokładność tych wszystkich zegarów i wskaźników jest całkiem niezłą stawką. Zdolność do dokładnego pomiaru tempa postępu jest kluczowa zarówno dla bezpieczeństwa samochodu, jak i samolotu.
Na przykład, zawsze chcesz, aby pilot miał pojęcie, jak szybko porusza się samolot, gdy zbliżasz się do lądowania. A posiadanie dokładnego odczytu prędkości pojazdu jest bardzo pomocne w unikaniu tych paskudnych mandatów drogowych. Więc oto, co zamierzam zrobić, Drew. Sumienny odpowiedzi Geek, że jestem, mam zamiar odpowiedzieć na wszystkie pytania, ale mam zamiar podzielić je na pół. W tym tygodniu zajmiemy się samochodami, a w następnym samolotami.
Tłumaczenie liczb
Zacznijmy więc od starego, niezawodnego prędkościomierza, dobrze? Prędkość, z jaką porusza się twój samochód, może być rzeczywiście związana z tym, jak mocno pracuje silnik i czy jedziesz pod górę czy z góry, ale te czynniki nie mają nic wspólnego z pomiarem prędkości. Zamiast tego, szybkość obrotu wału napędowego jest używany do określenia, jak szybko twój samochód jest w ruchu. Sztuką jest przetłumaczenie tego obrotu na jego ekwiwalent w milach na godzinę.
Tutaj jak to się robi w analogowych prędkościomierzach – rodzaj, gdzie igła wskazuje na liczbę na tarczy. Na wale napędowym znajduje się przekładnia ślimakowa, która jest gwintowana jak śruba. Ślimacznica ta obraca karbowane koło zębate, które znajduje się na jednym końcu linki prędkościomierza. Wewnątrz tego kabla znajduje się obracający się drut, który jest napędzany bezpośrednio przez obrót wału napędowego.
Teraz na drugim końcu drutu wewnątrz kabla prędkościomierza znajduje się magnes. Ten magnes siedzi wewnątrz czegoś, co nazywa się kielich wleczony, który jest wykonany z niemagnetycznego metalu, zwykle aluminium. Magnes obraca się, gdy przewód się obraca, tworząc pole magnetyczne, które wymusza obracanie się kielicha w tym samym kierunku. Do kubka na smoki przymocowany jest trzpień, który łączy się ze wskazówką prędkościomierza. Sprężyna spiralna na wrzecionie służy do przeciwdziałania obrotowi kubka oporowego.
Jeśli przyspieszasz, zwiększone pole magnetyczne przesuwa kubek oporowy dalej dookoła; gdy zwalniasz, sprężyna ściąga wskazówkę z powrotem. Cały system jest tak skalibrowany, że wskazówka wskazuje właściwą prędkość. Kiedy całkowicie przestajesz się poruszać, sprężyna ciągnie wskazówkę aż do zera.
Praca cyfrowa
Prędkościomierze cyfrowe są nieco inne. Samochód z cyfrowym prędkościomierzem używa czujnika prędkości, który zazwyczaj składa się z magnesu otoczonego cewką z drutu, całkiem jak przetwornik w gitarze elektrycznej. Czujnik jest zamontowany bezpośrednio obok koła zębatego w skrzyni biegów, a gdy koło zębate się obraca, jego zęby przeskakują, przerywając pole magnetyczne na czujniku. Proces ten jest podobny do tego, w jaki sposób wibrująca struna aktywuje przetwornik gitary. Ruch koła zębatego wytwarza prąd elektryczny, który jest wprost proporcjonalny do prędkości obrotowej koła zębatego. Chip komputerowy przetwarza ten prąd i przekłada go na liczbę odpowiadającą prędkości, z jaką się poruszasz, w milach lub kilometrach na godzinę.
Zrozumiałeś? Dobrze. W przyszłym tygodniu przyjrzymy się, jak określa się prędkość lotu. W ramach przygotowań, Drew, możesz chcieć podszkolić się z równania Bernoulliego, ponieważ tak bardzo, jak nie lubię tego robić, myślę, że będę musiał dorzucić trochę matematyki, aby wszystko było jasne.
Todd Campbell jest pisarzem i konsultantem internetowym mieszkającym w Seattle. The Answer Geek ukazuje się co tydzień, zazwyczaj w czwartki.