Длина и расстояние Масса Меры объема сыпучих продуктов и продуктов питания Площадь Объем и единицы измерения в кулинарных рецептах Температура Давление, механическое напряжение, модуль Юнга Энергия и работа Мощность Сила Время Линейная скорость Плоский угол Тепловая эффективность и топливная экономичность Числа Единицы измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Угловая скорость и частота вращения Ускорение Угловое ускорение Плотность Удельный объем Момент инерции Момент силы Вращающий момент Удельная теплота сгорания (по массе) Плотность энергии и удельная теплота сгорания топлива (по объему) Разность температур Коэффициент теплового расширения Термическое сопротивление Удельная теплопроводность Удельная теплоёмкость Энергетическая экспозиция, мощность теплового излучения Плотность теплового потока Коэффициент теплоотдачи Объёмный расход Массовый расход Молярный расход Плотность потока массы Молярная концентрация Массовая концентрация в растворе Динамическая (абсолютная) вязкость Кинематическая вязкость Поверхностное натяжение Паропроницаемость Паропроницаемость, скорость переноса пара Уровень звука Чувствительность микрофонов Уровень звукового давления (SPL) Яркость Сила света Освещённость Разрешение в компьютерной графике Частота и длина волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Электрический заряд Линейная плотность заряда Поверхностная плотность заряда Объемная плотность заряда Электрический ток Линейная плотность тока Поверхностная плотность тока Напряжённость электрического поля Электростатический потенциал и напряжение Электрическое сопротивление Удельное электрическое сопротивление Электрическая проводимость Удельная электрическая проводимость Электрическая емкость Индуктивность Американский калибр проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Магнитодвижущая сила Напряженность магнитного поля Магнитный поток Магнитная индукция Мощность поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Радиоактивный распад Радиация. Экспозиционная доза Радиация. Поглощённая доза Десятичные приставки Передача данных Типографика и обработка изображений Единицы измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Второй трюк заключается в том, что анимация имеет второй непреднамеренный строб: это частота дисплея, которая может составлять 20 Гц. Это объясняет, почему коробка передач, даже без стробоскопа, имеет иногда симметричный дисплей. Поскольку частота является обратной величине периода, ее единица измерения в Международной системе будет инверсной для второго.
Мы говорим, что частота тела составляет 1 Гц, когда тело проходит 1 круг в секунду. Прежде чем приступить к единой физике кругового движения, нам нужно ввести «важную единицу для углов: радиант». Мы можем создать двунаправленное совпадение между длиной подстилающей дуги и соответствующим углом в центре.
1 градус в час [°/ч] = 4,62962962962962E-05 оборотов в минуту [об/мин]
Исходная величина
Преобразованная величина
радиан в секунду радиан в сутки радиан в час радиан в минуту градус в сутки градус в час градус в минуту градус в секунду оборотов в сутки оборотов в час оборотов в минуту оборотов в секунду оборотов в год оборотов в месяц оборотов в неделю градусов в год градусов в месяц градусов в неделю радиан в год радиан в месяц радиан в неделю
Радиант важен при описании равномерного кругового движения, поскольку он входит в единицу измерения в средней угловой скорости. Единица измерения угловой скорости - радиант в секунду. Помимо угловой скорости в равномерном круговом движении мы можем также ввести тангенциальную скорость. Как мы видели в предыдущих разделах, если мы имеем криволинейную траекторию, скорость всегда касается траектории. Это также применимо в частном случае равномерного кругового движения, для которого мгновенная скорость в точке перпендикулярна радиусу окружности, проходящей через эту точку.
Подробнее об угловой скорости
Общие сведения
Угловая скорость - это векторная величина, определяющая скорость вращения тела относительно оси вращения. Этот вектор направлен перпендикулярно плоскости вращения и определяется с помощью правила буравчика. Угловую скорость измеряют как отношение между углом, на который переместилось тело, то есть угловым смещением, и временем, на это потраченным. В системе СИ угловое ускорение измеряют в радианах в секунду.
Гироскопы давно известны и используются для измерения и определения изменения положения или вращения любого объекта, к которому они прикреплены. Ранее, однако, можно было использовать механические или оптические конструкции с использованием световодов или светопроводящих волокон. Сегодня уже можно найти интегрированную форму классических компонентов, содержащих сам датчик, а также целый ряд схем и логики оценки. Выход аналоговый, цифровой или оба. Благодаря этому гироскопы могут использоваться в обычных приложениях не только в области науки и исследований.
Угловая скорость в спорте
Угловая скорость часто используется в спорте. Например, спортсмены уменьшают или увеличивают угловую скорость движения клюшки для гольфа, биты или ракетки, чтобы улучшить результаты. Угловая скорость связана с линейной скоростью так, что из всех точек на отрезке, вращающемся вокруг точки на этом отрезке, то есть вокруг центра вращения, самая отдаленная точка от этого центра движется с самой высокой линейной скоростью. Так, например, если клюшка для гольфа вращается, то конец этой клюшки, больше всего удаленный от центра вращения двигается с самой высокой линейной скоростью. В то же время все точки на этом отрезке движутся с одинаковой угловой скоростью. Поэтому удлиняя клюшку, биту, или ракетку, спортсмен также увеличивает линейную скорость, а соответственно скорость удара, передающуюся мячу, так что он может пролететь на большее расстояние. Укорачивая ракетку или клюшку, даже перехватив ее ниже, чем обычно, наоборот замедляют скорость удара.
Что такое сила Кориолиса и как она проявляется?
Это легче объяснить на рисунке ниже, где леди движется с определенной скоростью от центра круга до его края. В то же время растет виртуальная сила, которая имеет максимальный размер на краю диска. Эта же сила воздействует на все материальные объекты на нашей планете, потому что именно такая система регулярно вращается вокруг своей оси. Согласно формуле, в северном полушарии она действует по часовой стрелке, на юг - в противоположном направлении. На экваторе сила равна нулю при максимуме полюсов. Практическое следствие можно увидеть, например, в водовороте водоворотов при дренаже раковины или торнадо, изверженных правых берегов реки или более изношенных правых рельсов на однонаправленных железнодорожных линиях.
У высоких людей с длинными конечностями есть преимущество в отношении линейной скорости. То есть, передвигая ноги с одинаковой угловой скоростью, они двигают ступни с более высокой линейной скоростью. То же происходит и с их руками. Такое преимущество может быть одной из причин того, что в первобытных обществах мужчины занимались охотой чаще, чем женщины. Вероятно, что из-за этого также в процессе эволюции выиграли более высокие люди. Длинные конечности помогали не только в беге, но и во время охоты - длинные руки бросали копья и камни с большей линейной скоростью. С другой стороны, длинные руки и ноги могут быть неудобством. Длинные конечности имеют больший вес и для их перемещения нужна дополнительная энергия. Кроме этого, когда человек быстро бежит, длинные ноги быстрее двигаются, а значит, при столкновении с препятствием удар будет сильнее, чем у людей с короткими ногами, которые двигаются с той же линейной скоростью.
Простой пример влияния силы Кориолиса на человека, движущегося от центра к краю вращающегося круга. Тот же эффект также используется механическими гироскопами. Здесь, когда объект монтируется на пружинах внутри рамы, сила Кориолиса действует слева во внешнем направлении, а затем направо в противоположном направлении движения объекта. Поскольку размер и направление этой силы пропорциональны скорости и направлению вращения, эту систему можно легко использовать для измерения величины угловой скорости.
Влияние силы Кориолиса на механический гироскоп, состоящий из материального объекта, периодически перемещающегося к краю круга и к центру. Хотя разные поставщики используют несколько разные структуры, основной принцип всегда одинаковый. Основой является периодически движущаяся структура точного веса, закрепленная пружинами в раме. Однако направление движения всегда должно быть перпендикулярно направлению вращения. В этих условиях создается сила Кориолиса, величина которой пропорциональна угловой скорости вращения и перемещается на движущейся части датчика.
В гимнастике, фигурном катании и нырянии также используют угловую скорость. Если спортсмен знает угловую скорость, то легко вычислить количество переворотов и других акробатических трюков во время прыжка. Во время кувырков спортсмены обычно прижимают ноги и руки как можно ближе к корпусу, чтобы уменьшить инерцию и увеличить ускорение, а значит и угловую скорость. С другой стороны, во время ныряния или приземления, судьи смотрят, как ровно спортсмен приземлился. На высокой скорости трудно регулировать направление полета, поэтому спортсмены специально замедляют угловую скорость, немного вытягивая от корпуса руки и ноги.
Это вызывает сжатие наружных пружин рамы и заставляет измерительные поверхности перемещаться относительно друг друга по мере конденсирования воздуха. С точки зрения основного принципа, только одно отличие, но значительное. Оба используют аналогичную подвижную раму со сканирующими поверхностями, действующими как конденсаторные электроды, которые изменяют мощность при перемещении рамы, но когда движущаяся структура свободно в акселерометре и движется только с силой, гироскоп намеренно периодически перемещается с этой структурой, чтобы показать эффект силы Кориолиса.
Спортсмены, которые занимаются метанием диска или молота, тоже контролируют линейную скорость с помощью угловой. Если просто бросить молот, не вращая его по кругу на длинной стальной проволоке, увеличивающей линейную скорость, то бросок будет не таким сильным, поэтому молот сначала раскручивают. Олимпийские спортсмены поворачиваются вокруг своей оси от трех до четырех раз, чтобы увеличить угловую скорость до максимально возможной.
Как отмечалось выше, гироскопы состоят из комбинации одного исполнительного механизма и одного акселерометра, встроенного в одну микромеханическую структуру. То есть. отличающийся тем, что он содержит чувствительный элемент, состоящий из одного ведомого материального элемента, поддерживаемого в механических колебаниях движения. Таким образом, вся структура сохраняет свою способность реагировать на ее вращение и использовать силу Кориолиса.
Хотя выход аналогичен, цифровая обработка происходит внутри. Последний, наконец, адаптируется и доводится до соответствующих терминалов компонентов. Как существующие и развивающиеся другие интеллектуальные электронные устройства, которые требуют бесконтактного измерения положения, скорости и обнаружения движения или ускорения, диапазон интегрированных акселерометров и гироскопов растет как радужные губки. Это уже не «экзотический» датчик, как это было 5 лет назад, но сегодня это обычная составляющая, встречающаяся во многих современных электронных устройствах.
Угловая скорость и хранение данных на оптических носителях
Во время записи данных на оптических носителях, например на компакт дисках (CD), для измерения скорости записи и считывания данных в приводе также используются угловая и линейная скорости. Существует несколько способов записи данных, во время которых используют переменную или постоянную линейную или угловую скорость. Так, например, режим постоянной линейной скорости (по-английски - Constant Linear Velocity или CVL) - один из основных методов записи дисков, при котором данные записывают с одинаковой скоростью по всей поверхности диска. Во время записи в режиме зональной постоянной линейной скорости (по-английски - Zone Constant Linear Velocity или ZCLV) постоянная скорость поддерживается во время записи на определенной части, то есть зоне диска. В этом случае диск замедляет вращение при записи на внешних зонах. Режим частично постоянной угловой скорости (Partial Constant Angular Velocity или PCAV) позволяет осуществлять запись с постепенным увеличением угловой скорости, пока она не достигнет определенного порога. После этого угловая скорость становится постоянной. Последний режим записи - режим постоянной угловой скорости (Constant Angular Velocity или CAV). В этом режиме во время записи по всей поверхности диска поддерживается одинаковая угловая скорость. При этом линейная скорость увеличивается по мере того, как записывающая головка перемещается все дальше и дальше к краю диска. Этот режим используется также при записи грампластинок и в компьютерных жестких дисках.
Нет роботов, навигационных, игровых приставок, камер и камер, некоторых мобильных телефонов и в основном автомобилей и систем пчел с самолетами, автомобилями и катерами. Вы также можете найти их в лучших стиральных машинах, сушилках для белья и других белых машинах и устройствах, где что-то вращается, перемещается или вибрирует.
В робототехнике и в настоящее время практически во всех приложениях, где используются приводы, необходимо обеспечить точное определение текущего положения вала двигателя, измерение угловой скорости вращения или ускорения, чтобы обеспечить точное управление приложением. В случае шаговых двигателей можно точно определять и контролировать движение, угол поворота или скорость вращения непосредственно вперед, без необходимости повторной проверки. Для других принципов проектирования двигателя необходимо обеспечить использование системы обратной связи, в которой движение двигателя слепо и неточно контролируется, и ретроспективно оценивать, насколько и как быстро произошло движение.
Угловая скорость в космосе
На расстоянии 35 786 километров (22 236 миль) от Земли находится орбита, на которой вращаются спутники. Это особенная орбита, потому что тела, вращающиеся на ней в одном направлении с Землей, проходят всю орбиту примерно за такое же время, которое требуется Земле, чтобы совершить полный круг вокруг своей оси. Это немного меньше 24 часов, то есть один сидерический день. Так как угловая скорость вращения тел на этой орбите равна угловой скорости вращения Земли, то наблюдателям с Земли кажется, что эти тела не движутся. Такая орбита называется геостационарной .
Существует несколько возможных принципов проведения оценки. Одним из них является использование так называемого вращающегося оптического датчика положения вала, где используется принцип оптического барьера. Оптическая связь оптоэлектрона здесь образована диском с сквозными или отражающими поверхностями, установленными на валу приводного двигателя.
Пример вращающейся системы оптического кодера, управляемого двигателя и управляемой механической системы. Вращающиеся датчики - это устройства, которые обычно могут использоваться в приложениях, где измеряются длина, положение, скорость, угол поворота или все переменные, которые могут быть преобразованы. Они превращают механическое движение в электрические сигналы. Общие кодеры вращения делятся на две группы.
На эту орбиту обычно выводят спутники, которые отслеживают изменения погоды (метеорологические спутники), спутники, следящие за изменениями в океане и спутники связи, которые обеспечивают телевизионное и радиовещание, телефонную связь и спутниковый Интернет. Геостационарную орбиту часто используют для спутников потому, что антенны, один раз направленные на спутник, не нужно направлять вторично. С другой стороны, с их использованием связаны такие неудобства, как необходимость иметь прямое поле видимости между антенной и спутником. Кроме того, геостационарная орбита находится далеко от Земли и для передачи сигнала необходимо использовать более мощные передатчики, чем те, что используются для передачи с более низких орбит. Сигнал приходит с задержкой приблизительно в 0,25 секунды, что заметно для пользователей. Например, во время трансляции новостей корреспонденты в удаленных районах обычно связываются со студией по спутниковому каналу; при этом заметно, что когда телеведущий задает им вопрос, они отвечают с задержкой. Несмотря на это, спутники на геостационарной орбите широко используются. Например, до недавнего времени связь между континентами осуществлялась, главным образом, с помощью спутников. Сейчас ее в основном заменили межконтинентальные кабели, проложенные по океанскому дну; однако спутниковую связь до сих пор применяют в отдаленных районах. В последние двадцать лет спутники связи также обеспечивают доступ к интернету, особенно в отдаленных местах, где нет наземной инфраструктуры связи.
Конструктивно упрощенные инкрементные конструкции вращательного движения генерируют импульсы, число которых соответствует определенному расстоянию, смещению или вращению, а зависимость количества импульсов от временного сегмента соответствует скорости. Следовательно, выходной сигнал является относительным и информирует только о движении, но не о точном положении. Это также может быть оценено внешним измерительным блоком в зависимости от положения «старт». Более сложные проектные конструкции уже генерируют конкретное числовое значение для каждой позиции вращения, то есть в каждый момент точно определяется угол, на котором расположен датчик.
Углова́я ско́рость - векторная величина, являющаяся псевдовектором (аксиальным вектором) и характеризующая скорость вращения материальной точки вокруг центра вращения. Вектор угловой скорости по величине равен углу поворота точки вокруг центра вращения за единицу времени:
Кроме того, поворотные датчики можно разделить в соответствии с механической конструкцией крепления на приводном валу. Кодеры с валом без вала - с полостью. . Варианты полости стали предлагаться всего несколько лет назад, но теперь становятся все более популярными для упрощения установки. С их помощью соединение с системами со своим собственным валом проще, и нет муфт, в которых также может быть нежелательное скольжение между валом машины и датчиком.
Принцип вращения оптического датчика для измерения вращения
Возможность подключения роторных датчиков с валом и полостью. Очень коротко отметить, что вращающийся кодер представляет собой электромеханический преобразователь, который преобразует вращательное движение в последовательность электрических цифровых импульсов. В случае вращающегося оптического кодера, описанного здесь, вся система кодировщика состоит из следующих основных частей.
а направлен по оси вращения согласно правилу буравчика , то есть в ту сторону, в которую ввинчивался бы буравчик или винт с правой резьбой, если бы вращался в эту сторону. Другой мнемонический подход для запоминания взаимной связи между направлением вращения и направлением вектора угловой скорости состоит в том, что для условного наблюдателя, находящегося на конце вектора угловой скорости, выходящего из центра вращения, само вращение выглядит происходящим против часовой стрелки.
Принцип функции примерно следующий: диск подключен к вращающемуся соединительному валу датчика, который затем на практике прикрепляется к валу двигателя. Затем вал вращается одновременно с диском. Свет, излучаемый источником света, расположенным перед диском, может проходить через диск только через прозрачные окна, а остальная часть диска непрозрачна и поглощает свет. Световые импульсы, генерируемые вращением диска, активируют оптический датчик, который преобразует его в электрический импульс или прямоугольный сигнал.
Чтобы гарантировать, что прямоугольные импульсы генерируются без помех, электрический сигнал должен быть усилен и электронным образом обработан. Чтобы улучшить качество и стабильность выходных сигналов, его можно воспринимать в дифференциальном режиме, когда сравниваются два почти идентичных сигнала с противоположной фазой. Чувствительность разности двух сигналов устраняет согласованные помехи, поскольку одни и те же сигналы любой формы всегда перекрываются.
Единица измерения угловой скорости, принятая в Международной системе единиц (СИ) и в системах СГС и МКГСС , - радиан в секунду (русское обозначение: рад/с , международное: rad/s ) . В технике также используются обороты в секунду, намного реже - градусы, минуты, секунды дуги в секунду, грады в секунду. Часто в технике используют обороты в минуту - это идёт с тех времён, когда частоту вращения тихоходных паровых машин определяли просто на глаз, подсчитывая число оборотов за единицу времени.
Принцип вращения оптического кодера. В случае отражающих энкодеров как источник света, так и приемник расположены вместе на одной стороне колеса, на которых имеются отражающие и тусклые поверхности. Изменение их перед приемником при вращении колеса вызывает изменение напряжения из-за изменения количества обнаруженного света. Выполняя порог напряжения на приемнике, получается прямоугольный сигнал, где каждый прямоугольник соответствует одной отражающей или матовой области. При равномерном распределении вокруг окружности колеса один прямоугольник вращения соответствует одному и тому же числу градусов.
Свойства
Вектор мгновенной скорости любой точки абсолютно твёрдого тела , вращающегося с угловой скоростью , определяется формулой:
где - радиус-вектор к данной точке из начала координат, расположенного на оси вращения тела, а квадратными скобками обозначено векторное произведение . Линейную скорость (совпадающую с модулем вектора скорости) точки на определённом расстоянии (радиусе) от оси вращения можно считать так: Если вместо радианов применять другие единицы измерения углов, то в двух последних формулах появится множитель, не равный единице.
- В случае плоского вращения, то есть когда все векторы скоростей точек тела всегда лежат в одной плоскости («плоскости вращения»), угловая скорость тела всегда перпендикулярна этой плоскости, и по сути - если плоскость вращения заведомо известна - может быть заменена скаляром - проекцией на ось вращения, то есть на прямую, ортогональную плоскости вращения. В этом случае кинематика вращения сильно упрощается. Однако в общем случае угловая скорость может менять со временем направление в трёхмерном пространстве, и такая упрощенная картина не работает.
- Движение с постоянным вектором угловой скорости называется равномерным вращательным движением (в этом случае угловое ускорение равно нулю). Равномерное вращение является частным случаем плоского вращения.
- Производная угловой скорости по времени есть угловое ускорение .
- Угловая скорость (рассматриваемая как свободный вектор) одинакова во всех инерциальных системах отсчёта , отличающихся положением начала отсчёта и скоростью его движения, но двигающихся равномерно прямолинейно и поступательно друг относительно друга. Однако в этих инерциальных системах отсчёта может различаться положение оси или центра вращения одного и того же конкретного тела в один и тот же момент времени (то есть будет различной «точка приложения» угловой скорости).
- В случае движения точки в трёхмерном пространстве можно написать выражение для угловой скорости этой точки относительно выбранного начала координат :
- В случае равномерного вращательного движения (то есть движения с постоянным вектором угловой скорости) абсолютно твёрдого тела декартовы координаты точек вращающегося так тела совершают гармонические колебания с угловой (циклической) частотой , равной модулю вектора угловой скорости.
Угловая скорость является аксиальным вектором (псевдовектором). При отражении осей системы координат компоненты обычного вектора (например, радиус-вектора точки) меняют знак. В то же время компоненты псевдовектора (в частности, угловой скорости) при таком преобразовании координат остаются прежними.
Связь с конечным поворотом в пространстве
