— Q U E S T I O N: Hur fungerar mätare på bilar och flygplan? Hastighetsmätaren mäter fortfarande hastigheten korrekt oavsett hur hårt motorn arbetar, till exempel när en bil kör upp eller nerför en backe. Hur är det möjligt? Hur mäter ett flygplan sin hastighet? Mäter den vindflödet över vingarna? Om så är fallet, hur kompenserar instrumenten för sidovindar? Och hur fungerar en lägesindikator trots de g-krafter som verkar på flygplanet? – Drew U.
A N S W E R: Jösses, Drew. Det är väldigt många frågor. Jag räknar till sex frågetecken! Saken är den att jag får betalt per kolumn, inte per fråga, så det är en ganska stor belastning för en ensam Answer Geek under en enda vecka, särskilt med tanke på att det finns en stor helgdag att ta hänsyn till och så vidare. För att inte tala om det faktum att när du skickade in din fråga kryssade du inte i den lilla rutan som skulle ha låtit dig göra en liten donation till undertecknad för all ansträngning. Men det är ingen som någonsin gör det.
Å andra sidan är det några jäkligt bra frågor du har ställt. Om man tänker efter så är det en hel del som står på spel när det gäller noggrannheten hos alla dessa visare och mätare. Förmågan att exakt mäta hur snabbt du rör dig framåt är ganska viktig för både bil- och flygsäkerheten.
Du vill till exempel alltid att piloten skall ha en uppfattning om hur snabbt flygplanet rör sig när du kommer in för en landning. Och att ha en exakt avläsning av ditt fordons hastighet är mycket användbart för att undvika de där irriterande trafikboten. Så här ska jag göra, Drew. Den samvetsgranna svarsnörd som jag är kommer jag att besvara alla dina frågor, men jag kommer att dela dem på mitten. Den här veckan tittar vi på bilar och nästa vecka på flygplan.
Översättning av siffrorna
Så låt oss börja med den pålitliga gamla hastighetsmätaren, ska vi? Hastigheten med vilken din bil färdas kan förvisso vara relaterad till hur hårt motorn arbetar och om du kör i uppförsbacke eller nedförsbacke, men dessa faktorer har ingenting alls att göra med att mäta hastigheten. Istället används rotationshastigheten hos en drivaxel för att avgöra hur snabbt din bil rör sig. Tricket här är att översätta denna rotation till dess motsvarighet i miles per timme.
Här är hur det görs i analoga hastighetsmätare – den typ där en nål pekar på en siffra på en urtavla. På drivaxeln finns en snäckväxel, som är gängad som en skruv. Detta snäckhjul vrider ett kugghjul som sitter i ena änden av hastighetsmätarkabeln. I den kabeln finns en roterande tråd som drivs direkt av drivaxelns rotation.
I andra änden av tråden i hastighetsmätarkabeln finns en magnet. Den magneten sitter inuti något som kallas dragkopp, som är tillverkad av en icke-magnetisk metall, vanligtvis aluminium. Magneten snurrar när vajern roterar och skapar ett magnetfält som tvingar dragkoppen att rotera i samma riktning. På dragkoppen sitter en spindel som ansluts till visaren på din hastighetsmätare. En spiralfjäder på spindeln fungerar som motvikt till dragkoppens rotation.
Om du accelererar flyttar det ökade magnetfältet dragkoppen längre runt; när du saktar ner drar fjädern tillbaka visaren. Hela systemet är kalibrerat så att visaren visar rätt hastighet. När du slutar röra dig helt och hållet drar fjädern pekaren hela vägen till noll.
Digitala verk
Digitala hastighetsmätare är lite annorlunda. En bil med en digital hastighetsmätare använder en hastighetssensor, som vanligtvis består av en magnet omgiven av en trådspole, ungefär som pickupen på en elgitarr. Sensorn är monterad i direkt anslutning till en kugghjul på växellådan, och när kugghjulet snurrar så susar dess tänder förbi och avbryter magnetfältet på sensorn. Processen liknar det sätt på vilket en vibrerande sträng aktiverar en gitarrpickup. Rörelsen av kugghjulet producerar en elektrisk ström som är direkt proportionell mot kugghjulets rotationshastighet. Ett datorchip bearbetar strömmen och omvandlar den till ett tal som motsvarar den hastighet du färdas med, antingen i miles eller kilometer i timmen.
Fattar du? Bra. Nästa vecka tar vi en titt på hur lufthastigheten bestäms. Som förberedelse, Drew, kanske du vill bena upp Bernoullis ekvation, för hur mycket jag än hatar att göra det, tror jag att jag kommer att behöva slänga in lite matematik för att göra allting klart.
Todd Campbell är författare och internetkonsult och bor i Seattle. The Answer Geek utkommer varje vecka, vanligtvis på torsdagar.