小型のロードセルに接続されたロッドの先端に球体を固定して、色々な風速で抗力を測定するという実験について質問です。

実際の実験では抗力は出力された電圧値から求めることになっていて、それぞれの風速のときの電圧値がわかっています。

このとき電圧値から抗力を求める方法がわかりません。

ちなみにロッドは流れに対して垂直な方向には拘束されていて、流れ方向の力だけを測定するようになっています。

もし電圧値の抗力への換算方法が分かる方がいたらお願いします。

A 回答 (2件)

それが課題だとは思いますが、



抵抗値が直線的でなくなった所がロードセルの
MAX ρ(MAX V)
MAX R
です。

抵抗値は直線で変化するはずですから
ここから算出します。

ロードセルで正確に出た数値は応力ρです。
今度は流速と圧力(エネルギー)との相互関係を実験にて明らかにするのが課題となります。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%AB% …
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この回答へのお礼

すぐに回答していただき助かりました。
本当にありがとうございました。

お礼日時:2009/05/27 00:34

私だったらロードセルとロッドを風洞から取り外してどこかに水平に固定して、先端部に検定用分銅を吊り下げて、力/電圧の換算値を直接求めますが……こういう方法ではいけませんか?



水平を出来るだけ精密に出したかったら、図のように、直角の出ている部材にロードセルを取り付け、水準器で確認しながら水平を調節します。

なお図では判りやすいようにクランプ(万力)を横から挟むように描いていますが、実際にはロードセルの水平方向傾きを調整できるように、図に垂直な方向から部材を挟みます。
「風洞実験での測定電圧の変換について」の回答画像2
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この回答へのお礼

実験方法まで考えていただきありがとうございました。
色々な方法があるということがわかって勉強になりました。

お礼日時:2009/05/27 00:33

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言われてみると「なあんだ」ということになるかと思います。
あと一つ確認なのですが、a~fはたわみの読みそのものなのかその差分なのか質問文ではっきりしません。もし直接の読みだとすると、a~fを足して5で割って得られた数字には物理的な意味がないことになります。直接の読みでなく差分であればd-a, e-b, f-cを作って平均するとほとんどゼロになってしまいます。念のためご確認下さい。

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次のおもりを乗せたときの増分は
y[2]-y[1]   (2)
その次のおもりについては順に
y[3]-y[2]   (3)
y[4]-y[3]   (4)
となります。
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y[5]-y[4]   (5)
となります。

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{y[1]-y[0]+y[2]-y[1]+y[3]-y[2]+y[4]-y[3]+y[5]-y[4]}÷5
={y[5]-y[0]}÷5   (6)
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これは差分データを取って最後に平均するときにしばしば遭遇する落とし穴です。
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今回はおもりを5個乗せていますから、y[0]~y[5]までの6つのデータがあります。それを上半分(y[5]~y[3])と下半分(y[2]~y[0])の2グループに分け、以下のように組み合わせて
y[5]-y[2]   (7)
y[4]-y[1]   (8)
y[3]-y[0]   (9)
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y[0] y[1] y[2] y[3] y[4] y[5]
─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼
     ┗━━━━━┛→(7)
   ┗━━━━━┛→(8)
 ┗━━━━━┛→(9)

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参考URLのページなどもぜひ読んでみて下さい。
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言われてみると「なあんだ」ということになるかと思います。
あと一つ確認なのですが、a~fはたわみの読みそのものなのかその差分なのか質問文ではっきりしません。もし直接の読みだとすると、a~fを足して5で割って得られた数字には物理的な意味がないことになります。直接の読みでなく差分であればd-a, e-b, f-cを作って平均するとほとんどゼロになってしまいます。念のためご確認下さい。

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koolkoolさん、こんにちは。

> そこで、お聞きしたい内容は「試料全面を基盤に接触させながら引っ張る(後部の浮きを無くす)方法」です。

横から見た図を紙に書いてみると、重力(重心に作用点を書く)、摩擦力と垂直抗力(二つとも接触面の中心に作用点を書く)、バネによる力(バネが試料に取り付けられているところに作用点を書く)、ということになりますね。

そうすると面に垂直方向の力は大体同じ直線上の矢印になり、つりあうのですが、面に平行な方向の摩擦力とバネによる力は矢印のある直線がずれていますね。そうすると、これは物体に対して回転の力のモーメント(*下に補足)があるということになってしまいます。これが試料を引っ張る際に後部が浮く理由です。

[方法1]
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[方法2]
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この二つの方法で大体大丈夫だと思いますが、いかがでしょうか。

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koolkoolさん、こんにちは。

> そこで、お聞きしたい内容は「試料全面を基盤に接触させながら引っ張る(後部の浮きを無くす)方法」です。

横から見た図を紙に書いてみると、重力(重心に作用点を書く)、摩擦力と垂直抗力(二つとも接触面の中心に作用点を書く)、バネによる力(バネが試料に取り付けられているところに作用点を書く)、ということになりますね。

そうすると面に垂直方向の力は大体同じ直線上の矢印になり、つりあうのですが、面に平行な方向の摩擦力とバネによる力は矢印のある直線が...続きを読む

Q電界Eと電圧Vの関係を積分形であらわすとどうなりますか?V=∫Edxで

電界Eと電圧Vの関係を積分形であらわすとどうなりますか?V=∫Edxでいいのでしょうか?

Aベストアンサー

こんにちは。
惜しいですね。

V = -∫E・dx
です。

なぜかというと、

1.
Vは地図で言えば標高。電界は坂道の急峻さ。
山頂をVボルト、山のすそを0ボルトとすると、
プラスの電荷を坂道にそっと置くと、山頂から斥力を受けるので、坂道の下方面に動こうとします。
一方、Vは坂道を上る方向をプラスとする量なので、VとEは符号が逆になります。

2.
E と dx の間に ・ を打っているところが味噌です。
これは、E や x がベクトルの場合、E・dx は、E と dx の内積です。
E と dx が直角の関係だと、V=一定値 になりますが、
これは、等高線に沿っていくら歩いても、登山者がいる標高が変わらないことを意味します。

ベクトルの場合、E や x や dx は、太字で書きます。
ちなみに、V は標高ですから、ベクトルではなくスカラーです。

以上、ご参考になれば。

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Aベストアンサー

No.1&2 です。

>回答を形成した時、b→aに電子が動くのはどのような現象が原因でしょうか

何が「原因」になって、何が「結果」なのかを分けて考えましょう。

(1)「導体棒の中に電場ができる」というのは、導体棒内で電子が b→a に移動して「導体棒の両端に電位差」ができた「結果」です。
 導体棒内で電子が b→a に移動するのは、「磁場中で導体棒を動かした」結果です。

(2)「導体棒の両端に電位差」ができたことを「原因」として、接続した負荷に電流が流れます。(負荷に電流が流れるのは「結果」)

(3)電流が流れた結果、a の電子が減少して「導体棒の両端に電位差」が小さくなります。

(4)この結果、「導体棒の中の電場」が弱まるのでローレンツ力の方が大きくなり、導体棒内で電子が b→a に移動して a の電子を補充します。

 これを繰り返します。
 つまり、全ての現象は「磁場中で導体棒を動かした」ことを原因として起きているのです。これが「すべての原因だ」ということを忘れずに現象の進展を考えないといけません。

 「導体棒の中に電場ができる」というのは「結果」なので、この電場による力で「導体棒の中を a → b に電子が移動する」を考えると本末転倒になります。電子は導体棒の中ではなく、導体棒の外の「負荷」を通って流れます。
 動く導体棒は「電位差、電場を作る発電機」の役割で、これに接続された「負荷」が「電流を流して電力を消費する」ものになるのです。
 上の(4)のように、導体棒の中には電子を補充するように(つまり発電するように)「 b→a 」に電子が移動するのです。

導体棒に「負荷」が接続されていないときには、「磁場中で導体棒を動かした」結果として(1)が起こりますが、(2)以降は起こりません。「何も接続していない乾電池」のような状態です。
(1)→(1’)「導体棒の両端に電位差」ができた結果、この電場による力とローレンツ力が釣り合って、それ以上の電子の移動は起こらない。
ということです。


>電位差がある所に電荷を置いたらF=qEより静電気力を受けるのでb→aに電子が動くように思えますが、

 静的な電場であれば、電位は「a:負、b:正」ですから、電子は逆方向の「a→b」に動こうとします。

>そもそも導体棒内の片寄りは安定しているから電子を置くこともできない…のではないでしょうか

 導体棒内の電荷の片寄りが安定しているのは、まさしく「電場による静電気力(a→b)」と「導体棒が動くことによるローレンツ力(b→a)」が釣り合うからです。
「電子」はもともと導体内に存在する無数の自由電子です。「置く」とはどういうことでしょうか。

>このように内部が釣り合った導体棒が動くと横方向に等速運動するというなら分かるのですが

 運動方程式を考えれば分かるように、「力」は「加速度」として働きますから、「等速運動する」ということは「力が働いていない」(加速度がゼロ)ということです。
誤解しないようにしてください。


 なお、質問者さんが「補足3」で挙げているのは、「電場」はあらかじめ外部から与えているので現象の「原因」です。これは、上に説明した「結果としての電場」とは位置づけが異なります。

No.1&2 です。

>回答を形成した時、b→aに電子が動くのはどのような現象が原因でしょうか

何が「原因」になって、何が「結果」なのかを分けて考えましょう。

(1)「導体棒の中に電場ができる」というのは、導体棒内で電子が b→a に移動して「導体棒の両端に電位差」ができた「結果」です。
 導体棒内で電子が b→a に移動するのは、「磁場中で導体棒を動かした」結果です。

(2)「導体棒の両端に電位差」ができたことを「原因」として、接続した負荷に電流が流れます。(負荷に電流が流れるのは「結果」)...続きを読む

Q電圧Vと電界E間の関係式を微分形で表すとどのようになりますか?

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ミスをしてしまいました。ごめんなさい。

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E = -dV/dx

ですね。

Q直列共振回路の実験にて共振周波数の概略値を調べる際の電圧計の動きについて

まず、タイトルが長くて申し訳ありません。

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この動きをグラフに描くと谷ができます。

しかし通常共振曲線というのは共振周波数を頂点とした山のグラフができるのではないのでしょうか?それが谷になるというのがよくわからなくてこうやって質問させて頂きました。

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この回路の端子abの電位差は27Vである。
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やはり動作原理を調べてみましょう。


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