Pho.rs: Стробоскопический эффект

A1 ^?? Выкрутите ручки регулировки напряжения на источнике до упора по часовой стрелке. Таким образом вы установите максимальное значение напряжения. Запишите его в работе.

Ответ: \[U=(31 \pm 1)~В\]

A2 ^?? Установите частоту импульсов на генераторе $f_{0}=67~Гц$. Пользуясь при необходимости ручкой тонкой настройки частоты (см. выше) добейтесь того, чтобы, смотря на вентилятор, Вы видели стационарную (не зависящую от времени, то есть неподвижную) картину. Зарисуйте её и укажите точное значение частоты генератора, на которой она наблюдается.

Значение частоты колеблется в пределах $66-68~Гц$. Картинка получается следующего вида:

Ответ:

A3 ^?? Увеличьте частоту в 2 раза. Зарисуйте наблюдаемую стационарную картину.

Удвоение частоты приводит к удвоению количества пятен с уменьшением вдвое их углового размера.

Ответ:

A4 ^?? Повторите пункт A3 для частоты $3 f_{0}$.

Утроение исходной частоты приводит к возникновению трех пятен втрое меньшего углового размера, чем в пункте A2.

Ответ:

A5 ^?? Установите частоту на генераторе $\dfrac{f_{0}}{2}$. Зарисуйте полученную картину. Чем она отличается от картины в пункте A1?

Появляется 1 широкое пятно вдвое большего углового размера, чем в пункте A2.

Ответ:

A6 ^?? Установите частоту равной $\dfrac{3 f_{0}}{2}$. Зарисуйте наблюдаемую картину.

3 широких пятна вдвое большего размера, чем в пункте A4.

Ответ:

B1 ^?? Кратко опишите метод, позволяющий определить частоту вращения вентилятора при помощи стробоскопического эффекта, не ошибившись в целое или дробное число раз.

Ответ: В том случае, когда между миганиями светодиода вентилятор успевает прокрутиться ровно на 1 оборот мы получаем одно пятно минимально возможного размера. При дальнейшем увеличении частоты одно пятно получить уже не удастся. Таким образом максимальная частота, на которой еще можно увидеть одно пятно и является частотой вращения вентилятора.

B2 ^?? Используя предложенный вами метод, снимите зависимость частоты вращения вентилятора от величины напряжения его питания.

Используя эти соображения снимем зависимость частоты вращения вентилятора от напряжения на источнике питания.

Ответ:

$f,~Гц$	67.4	63.1	57.7	49.9	42.9	39.2	32.1	23	16.5	8.1
$U,~В$	31.4	28.6	25.3	21.3	18	16.5	13.5	10.5	8.1	6.8

Последовательно вентилятору присоединен резистор номиналом $118 ~Ом$, поэтому это напряжение на источнике не совпадает с напряжением на самом вентиляторе.

B3 ^?? Постройте график этой зависимости.

Ответ:

C1 ^?? Ручка «SYM» в вытянутом положении регулирует «скважность» импульсов, то есть долю периода, которую горит светодиод. Понятно, что скважность – число от 0 до 1 . Установите частоту $0.5~Гц$ и посмотрите, как изменяется характер мигания светодиода при вращении этой ручки (не оценивается). Обратите внимание на то, что при изменении скважности изменяется и частота.

В предыдущих пунктах на генераторе была установлена скважность импульсов в $10 \%$.

Ручка «SYM» позволяет при неизменном положении ручки инвертирования добиться изменения скважности от $10 \%$ до $50 \%$.

C2 ^?? Пусть до инвертирования скважность сигнала была равна $k$. Какой станет скважность $k^{\prime}$ после инвертирования при неизменном положении ручки «SYM» (определение скважности см. в пункте C1)?

Ответ: Очевидно, что $k'=1-k$, так как суммарная длительность импульса и «окна», в котором светодиод не горит равна полному периоду.

C3 ^?? Используя ручки «INV» и «SYM» добейтесь максимальной возможной и минимально возможной скважности. Оцените по получаемым изображениям вращающегося вентилятора численные значения этих скважностей.

Таким образом, используя ручки « SYM » и « INV » совместно можно добиться изменения скважности в диапазоне от $10 \%$ до $100-10=90 \%$. Именно эти значения и нужно было получить участникам в этом пункте.

Скважность на частоте $f_0$ равна освещенной доле окружности, описываемой светлой точкой на вентиляторе.

Оценить эту долю можно по длине дуги окружности, освещенной и не освещенной соответственно для $10 \%$ и $90 \%$. Длину дуги можно измерить линейкой и считать ее примерно равной длине отрезка ввиду малости угла. (см. Рис. 5). Видно, что ввиду линейной зависимости угла от времени в пределах периода зависимость освещенной доли окружности от скважности также линейна.

Рис. 5

Ответ: Используя это соображение можно получить граничные значения скважностей ($10 \%$ и $90\%$)

C4 ^?? Оцените скважность при отсутствии инверсии и выкрученной до упора против часовой стрелки ручке «SYM».

Ответ: Значение скважности в крайнем левом положении ручки «SYM» равно $50 \%$ (освещена половина окружности). Для грубой оценки этого значения достаточно заметить, что при таком положении ручки «SYM» инвертирование сигнала практически не изменяет средней яркости свечения светодиода.

Стробоскопический эффект

Решение