7.3 Ηλεκτρικός χρονομετρητής.

Ο ηλεκτρικός χρονομετρητής με χαρτοταινία (ticker-timer) ή τηλεγραφικός χρονομετρητής είναι μία αξιοσημείωτη συσκευή, χρήσιμη για σειρά πειραμάτων Κινητικής και Δυναμικής. 1. Ένας τύπος ηλεκτρικού χρονομετρητή, ο οποίος λειτουργεί τροφοδοτούμενος με χαμηλή εναλλασσόμενη τάση (6V A.C.) φαίνεται στην εικόνα 7.3.1

Εικόνα 7.3.1

Ο χρονομετρητής αυτός αποτελείται από ένα σωληνοειδές Σ σε σταθερή βάση, μέσα από το οποίο διέρχεται ένα εύκαμπτο έλασμα από μαλακό σίδηρο Ε, στερεωμένο στο ένα άκρο του. Το έλασμα βρίσκεται μεταξύ των πόλων ισχυρού πεταλοειδούς μαγνήτη Μ και στο ελεύθερο άκρο του φέρει ακίδα Α. Όταν μία χαμηλή εναλλασσόμενη τάση συχνότητας 50Hz τροφοδοτεί το σωληνοειδές, τότε το σιδερένιο έλασμα πάλλεται με την ίδια συχνότητα και η ακίδα χτυπά ένα δίσκο "καρμπόν" Δ που βρίσκεται από κάτω της. Κάτω από το δίσκο "καρμπόν" δια μέσου των οδηγών σε σχήμα Π παρασύρεται η χαρτοταινία Τ από το σώμα του οποίου μελετούμε την κίνηση (π.χ. αμαξάκι). Έτσι επάνω στην κινούμενη χαρτοταινία καταγράφονται σημεία (στιγμές, κουκίδες) ανά ίσα χρονικά διαστήματα, (Εικ. 7.3.2)

2. Ένας άλλος τύπος ηλεκτρικού χρονομετρητή (Εικ. 7.3.3) λειτουργεί με μία ή δύο μπαταρίες (1,5V, μεγέθους D). Ο χρονομετρητής αυτός συνίσταται από ένα ηλεκτρικό κινητήρα Κ, ο οποίος στο άκρο του άξονά του έχει στερεωμένο ένα πλαστικό δίσκο (έκκεντρο). Στη βάση του εκκέντρου κοντά στην περιφέρειά του είναι βιδωμένη χαλαρά μία μεταλλική ροδέλα Ρ (ροδέλα στίξης). Κάτω από το έκκεντρο, επάνω στην ξύλινη βάση της συσκευής, μεταξύ δύο οδηγών σε σχήμα Π υπάρχει μεταλλικό έλασμα. Επίσης στην ξύλινη βάση του χρονομετρητή δίπλα στο έλασμα είναι κολλημένος ένας δίσκος από φελλό. Για να χρησιμοποιήσουμε τον ηλεκτρικό χρονομετρητή σε κάποιο πείραμα: * Τον στερεώνουμε στην άκρη του τραπεζιού πειραμάτων με τη βοήθεια σφιγκτήρα (τύπου G) * Καρφιτσώνουμε στο δίσκο από φελλό ένα δίσκο "καρμπόν" (διαμέτρου 5cm) έτσι, ώστε να μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα. Φροντίζουμε, ώστε η μελανωμένη όψη του καρμπόν να είναι προς τα κάτω και να καλύπτει την περιοχή του ελάσματος που βρίσκεται κάτω από το πλαστικό έκκεντρο. * Περνάμε τη χαρτοταινία (πλάτους 13mm) δια μέσου των δύο οδηγών κατά μήκος του ελάσματος και κάτω από τη μελανωμένη όψη του δίσκου "καρμπόν". Διευκολυνόμαστε στην τοποθέτηση της χαρτοταινίας, αν σπρώξουμε λίγο τον κινητήρα προς τα πίσω στη θήκη του (εφ' όσον εμποδίζει) και τον επαναφέρουμε έπειτα σε θέση τέτοια, ώστε η ροδέλα στίξης να εφάπτεται στη χαρτοταινία. * Συνδέουμε (κολλάμε) την μία άκρη της χαρτοταινίας με το σώμα (λ.χ. αμαξάκι), του οποίου θα μελετήσουμε την κίνηση. * Συγχρόνως με την εκκίνηση του σώματος, θέτουμε σε λειτουργία το χρονομετρητή στρέφοντας το διακόπτη του, ώστε να έρθει σε επαφή με τη μεταλλική θήκη και να κλείσει το κύκλωμα. * Καθώς το έκκεντρο περιστρέφεται και η χαρτοταινία σύρεται από το κινούμενο σώμα, η ροδέλα στίξης χτυπά το δίσκο "καρμπόν" και καταγράφει επάνω στην ταινία μία σειρά από στιγμές (τελείες, κουκίδες). Ρυθμίζουμε την καθαρότητα των κουκίδων με περιστροφή της βίδας που είναι κοχλιωμένη στην κάτω πλευρά της ξύλινης βάσης, οπότε το έλασμα ανυψώνεται ή χαμηλώνει κατάλληλα. * Στο τέλος του πειράματος σταματάμε τη λειτουργία του χρονομετρητή και αφαιρούμε την ταινία. Επειδή η συχνότητα περιστροφής του κινητήρα είναι σταθερή, οι κουκίδες καταγράφονται σε ίσα χρονικά διαστήματα. Το χρονικό διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών κουκίδων μπορούμε να το λάβουμε ως μονάδα χρόνου και το ονομάζουμε ένα "τικ" (χτύπο). Αν οι μπαταρίες είναι καινούριες, τότε η συχνότητα περιστροφής του κινητήρα είναι (σχεδόν) 50Ηz, οπότε το χρονικό διάστημα μεταξύ δύο κουκίδων είναι 50 s ή 0,02s. Η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κουκίδων ονομάζεται στιγμοδιάστημα. Επάνω λοιπόν στη χαρτοταινία μπορούμε να προσδιορίσουμε θέσεις και χρονικές στιγμές.

Καταγραφή σε χαρτοταινία: α) επιταχυνόμενης κίνησης, β) επιβραδυνόμενης κίνησης, γ) ομαλής κίνησης.