Demonstatie Opstelling Behoud Van Impulsmoment En Inductiespanning

Dit is een opstelling waarbij duidelijk het behoud van impulsmoment kan worden aangetoond. Dit wordt aangetoond door een inductiespanning op te wekken die gemeten wordt met een arduino. Aan de hand hiervan kan de rotatiesnelheid van de opstelling worden berekend.

• Arduino inclusief stroomdraadjes (en een laptop)
• LCD display voor een Arduino
• 8 itembuizen van 40 cm lang
• 8 itembuizen van 20 cm lang
• Metalen staaf met een lengte van 50 cm en een diameter van 15 mm
• 2 kogellagers met een buitendiameter van 40 mm en een binnendiameter van 20 mm
• 4 houten plaatjes van 15 bij 15 cm om mee te lasersnijden
• 6 slangenklemmetjes
• 4 Metalenstaafjes van 15 cm lang
• Siliconen slang
• 2 gewichtenlijst
• Spoel diameter 7 cm, 1250 windingen
• 2 magneten met een sterkte van 0.5 Tesla

De eerste stap is het maken van het frame, dit is gemaakt van item. Het frame is 40 cm breed, 40 cm hoog en 20 cm diep. Voor het frame zijn 8 itembuizen van 40 cm en 8 van 20 cm nodig. Maak eerst een rechthoekige behuizing met de bovenstaande afmetingen. Vervolgens moeten zowel aan de bovenkant als aan de onderkant 2 extra itembuizen van 20 cm komen zoals op de afbeelding te zien is. Deze zijn nodig om in een later stadium de as te ondersteunen.

Vervolgens moet er een stuk worden lasergesneden waar de as doorheen kan. Het gat hangt de af van de as, de as had in ons geval een diameter van 15 mm en dus was dit ook de grootte van het gat in het houten plaatje. Dit houten plaatje met het gat is 2 keer nodig, zowel aan de bovenkant als aan de onderkant en kan geklemt worden tussen de 2 itembuizen van 20 cm dit in bovenstaande stap zijn geplaatst.

Vervolgens moeten er nog 2 stukjes gelasersneden worden voor de kogellagers. Onze kogellager had een buitendiameter van 40 mm en hiervoor hebben we ook 2 stukjes gelaserprint. Zie hiervoor de bestanden en de afbeelding. Letop: voor het stukje van de kogellager heet het bestand groep 12-stukoverkogellager, hierbij is alleen het onderste deel nodig dus de 2 grote gaten, de 2 kleine gaten die in het bestand staan zijn overbodig.

Dit is een lastige stap, je hebt een metalenstaaf nodig met een diameter van 15 mm en een lengte van 50 cm. Vervolgens heb je hulp nodig van een professional die ervaring heeft met metaalbewerking. De staaf moet namelijk 5 cm langer kunnen worden door hem uit elkaar te schuiven. Zie de video voor verduidelijking. Dit is dus een hele moeilijke stap en wij raden aan om dit niet zelf te doen omdat het gevaarlijk kan zijn en erg lastig is. Dus laat het uit te voeren door iemand die er ervaring mee heeft om metaal te bewerken! Om de kogellagers goed te laten zitten kun je gebruik maken van de slangenklemmetjes.

Vervolgens komt de kogellager om de as en over de kogellager heen komt het houtenplaatje dat gelaserprint is. Onze kogellager was 5 mm te breed voor de as dus hij hebben een ringetje gebruikt als opvulling waardoor het perfect paste. Om de kogellagers goed te laten zitten kun je gebruik maken van de slangenklemmetjes. Aan dit houtenplaatje gaan we vervolgens zowel boven als onder 2 korte stukjes siliconen slangen bevestigen. Dit kan door er een bout door heen te stoppen en te bevestigen met een moertje, zie de foto's voor verduidelijking.

Daarna wordt in elk stukje van de siliconen slang een metalen staaf gestopt van 15 cm. Dan heb je dus aan de onderkant 2 metalen staven en aan de bovenkant, deze staven worden verbonden met elkaar door middel van een extra siliconen slangetje waardoor er een ruitvorm ontstaat. Om het effect van het impulsmoment te vergroten hebben we bij dit extra siliconen slangetje twee gewichtjes toegevoegd van 100 gram. Zie foto's voor verduidelijking

Voor het opwekken van de inductiespanning zijn 2 kleine magneten nodig. De vorm maakt niet veel uit maar het moeten vrije sterke magneten zijn, onze magneten hebben een sterkte van ongeveer 0.5 Tesla. Maak 2 houten staven met een lengte van 15 cm, vast aan het stukje hout dat om het onderste kogellager zit. Aan het uiteinde van beide houten staven komt de magneet te zitten, maak de magneet het liefst aan de onderkant vast zodat de magneet dichter bij de spoel zit die we in later stadium gaan toevoegen. Wij hebben de magneet vastgemaakt met ductape, zie de foto.

Om de rotatiesnelheid van onze opstelling te bepalen gaan we een inductiespanning opwekken in een spoel. Wij hebben een spoel gekozen met een diameter van 7 cm en een dikte van 1 cm. Wij hebben onze spoel zelf gewikkeld en hebben gekozen voor 1250 wikkelingen. Dit is meer dan voldoende voor onze opstelling. Je kan de spoel eventueel ook gewoon zelf kozen. Wil je een spoel zelf gaan wikkelen? Zorg er dan voor dat je dit wel onder begeleiding doet en hulp vraagt aan iemand die er ervaring mee heeft. De machines die spoelen wikkelen zijn namelijk duur en kunnen ingewikkeld zijn als je niet weet wat je moet doen. De spoel kan worden neergelegd aan beide kanten van de as, zie foto's voor verduidelijking. Zorg ervoor dat de magneet zo dicht mogelijk langs de spoel gaat.

Nu is het tijd om de spoel aan te sluiten op Arduino zodat er metingen kunnen worden uitgevoerd. Sluit de 2 uiteindes van de spoel aan op Ground en de A0. Sluit de Arduino aan op een laptop en gebruik de bij gevoegde code. Om het resultaat mooi weer te geven kan je het LCD scherm aansluiten. Er gaan vier draadjes in de LCD en dan sluit je de Ground aan op de Ground, VCC op de 5 volt, SDA op A4 en SCL op A5. Vervolgens kan je de volgende code gebruiken om de rotatiesnelheid weer te geven op het LCD scherm.