В задаче не требуется оценка погрешностей!

Выданный вам фонарь имеет три режима работы, отличающиеся режимом свечения светодиода. Назовем их так: обычный режим, режим «SOS» и режим уменьшенной яркости. Для включения фонаря нажмите на кнопку в торце фонаря сильно, до щелчка. Для переключения между режимами нажимайте во включенном состоянии на эту же кнопку со слабым усилием, без щелчка.

В обычном режиме на светодиод подается постоянное номинальное напряжение $U_0$. В режиме «SOS» на светодиод подается напряжение прямоугольными импульсами (см. рисунок 1(а)). Описать такую временную зависимость напряжения можно тремя характеристиками: амплитудой, частотой (или периодом импульсов) и скважностью. Скважность $\gamma$ - отношение длительности нулевого напряжения $\tau$ в импульсе к периоду импульса $T$:
\begin{equation}
\gamma=\frac{\tau}{T}.
\tag{1}
\end{equation}В режиме «SOS» амплитуда импульсов равна величине номинального напряжения, скважность импульсов составляется $\gamma_{SOS}=50\%$. Частота импульсов $f_{SOS}={1}/{T_{SOS}}$ мала, поэтому глаз воспринимает свечение как отдельные вспышки.

В режиме уменьшенной яркости на светодиод также подаются прямоугольные импульсы напряжения, но с частотой $f_{low}$ существенно большей, чем в режиме «SOS» (см. рисунок 1(б)). Амплитуда импульсов $U_{\max}$ в режиме уменьшенной яркости может отличаться от номинального напряжения из-за высокой частоты импульсов. Скважность импульсов в этом режиме $\gamma_{low}$ также может оказаться не равной $50\%$.

В выданном оборудовании есть электрический мотор. К его основному валу через редуктор (систему шестерней) прикреплен ведомый вал. На практике такая система используется для уменьшения частоты вращения движущихся частей конструкции, приводимых в движение мотором. На основной вал надет черный шкив с белой полосой, а на ведомый вал надето колесо со спицами.

Примечание: Не подавайте на двигатель напряжение свыше $12~В$! Не меняйте положение зафиксированных ручек регулировки тока на источнике! Не останавливайте вращение основного и ведомого валов двигателя, если на него подано напряжение.

Задание

A1 Измерьте понижащий коэффициент редуктора мотора, то есть отношение частоты вращения основного вала $\nu_{main}$ к частоте вращения ведомого $\nu_{slave}$
\begin{equation}
k=\frac{\nu_{main}}{\nu_{slave}}.
\tag {2}
\end{equation}

A S

A2 С помощью мультиметра в режиме омметра измерьте сопротивление двигателя $R$. При различных углах поворота мотора сопротивление может различаться. Определите среднее сопротивление двигателя на всем диапазоне углов поворота основного вала.

A S

A3 Изменяя подаваемое на двигатель напряжение, измерьте одновременно частоту вращения ведомого вала, ток $I$, текущий через двигатель, и напряжение $U$, подаваемое на него. Напряжение и ток определяйте по встроенным в источник питания приборам. Измерения проведите в диапазоне напряжений, в котором возможно измерить частоту вращения ведомого вала с помощью секундомера.

A S

A4 Сделайте предположение о связи между измеренными в пунктах A2 и A3 величинами и подтвердите его с помощью графика. В дальнейшем считайте, что характер зависимости не изменяется на всем диапазоне напряжений.

A S

A5 Измерьте частоту $f_{low}$ и скважность $\gamma_{low}$ импульсов напряжения в режиме уменьшенной яркости с помощью стробоскопического эффекта. Если выполнить пункт A4 вам по каким-то причинам не удалось, вместо значения частоты вращения двигателя укажите ток и напряжение двигателя в выбранном для получения стробоскопической картины режиме его работы.

A S

A6 Световым потоком будем называть излучемую в единицу времени энергию электромагнитного излучения в видимом диапазоне. Измерьте отношение светового потока фонаря в обычном режиме $\Phi_{normal}$ и воспринимаемого светового потока в режиме уменьшеной яркости $\Phi_{low}$. В этой части задачи рекомендуется снять линзы с фонарей. Чтобы это сделать открутите цветные кольца с линзами от корпусов фонарей. Для измерений рекомендуется использовать затемненное от внешнего освещения место, например, на полу под партой.

A S

A7 На основе измерений пунктов A5 и A6 сравните амплитуды импульсов $U_{\max}$ в режиме уменьшенной яркости и номинальное напряжение светодиода $U_0$.

A

A8 Измерьте с помощью предложенного оборудования частоту свечения фонарика в режиме «SOS». Этот пункт рекомендуется выполнять с установленными на фонарики линзами.

A S

Оборудование

1. 2 фонаря
2. Мультиметр
3. Секундомер
4. Лабораторный источник питания
5. Двигатель с редуктором
6. Колесо для ведомого вала с пометкой в виде черной точки на одной из спиц
7. Шкив для основного вала с пометкой в виде белой полосы на черном фоне
8. Лист с пятном
9. 2 канцелярских зажима
10. Рулетка
11. Штатив с двумя лапками.