Difference between revisions of "Montagem do pêndulo de precisão: Descrição do aparato"

From wwwelab
Jump to navigation Jump to search
 
(4 intermediate revisions by the same user not shown)
Line 41: Line 41:
 
* '''Limitar a distância horizontal máxima de lançamento:''' Esta opção restringe o espaço operacional do lançador. Reduzindo a distância horizontal de lançamento (ângulo inicial), a velocidade horizontal máxima e a aceleração são reduzidas. A distância de lançamento deve ser reduzida até ao ponto em que a pá consegue fazer face aos requisitos de lançamento (velocidade e aceleração) sem o risco de parar a meio do processo de lançamento.  
 
* '''Limitar a distância horizontal máxima de lançamento:''' Esta opção restringe o espaço operacional do lançador. Reduzindo a distância horizontal de lançamento (ângulo inicial), a velocidade horizontal máxima e a aceleração são reduzidas. A distância de lançamento deve ser reduzida até ao ponto em que a pá consegue fazer face aos requisitos de lançamento (velocidade e aceleração) sem o risco de parar a meio do processo de lançamento.  
  
'''NOTE:''' Seja qual for a circunstância, o ângulo inicial nunca deve exceder os 45 graus porque o controlador não foi programado para lidar com ângulos de lançamento superiores a 45 graus.
+
'''NOTA:''' Seja qual for a circunstância, o ângulo inicial nunca deve exceder os 45 graus porque o controlador não foi programado para lidar com ângulos de lançamento superiores a 45 graus.
  
===Maximum length===
+
===Comprimento máximo===
The maximum length of the pendulum is limited by the controller electronics and it is associated with oscillation period.
+
O comprimento máximo do pêndulo é limitado pela electrónica do controlador e está associado ao período de oscilação. Quanto maior o comprimento do pêndulo, maior é o período de oscilação.  
The longer the pendulum length the longer is the oscillation period.
+
Existem duas limitações no controlador:
There are two limitations in controller:
+
* '''Temporizador ''Watchdog'':''' Este temporizador foi configurado por ''default'' para cerca de 16s. Como resultado, isto restringe o período de oscilação do pêndulo a um valor abaixo dos 16s. Valores maiores, até ~131s, podem ser configurados neste temporizador.
* '''Watchdog timer:''' This timer has been configured by default to last about 16 s. As a result, it restricts the oscillation period of the pendulum to a value lower than 16 s. Higher values up to ~131 s can be configured for the watchdog timer.
+
* '''Contador do período de oscilação:''' Este contador consiste num contador de 32 bits (2 x registos de 16 bits) e cada contagem corresponde a 1/3686400s (~271ns, pré-calibrador de temporizador 1:1). Esta configuração do temporizador resulta num tempo total máximo de ~1165 s. É possível obter tempos máximos totais mais elevados aumentando o pré-calibrador do temporizador (até 1:256). Neste caso, a resolução do temporizador é diminuída de acordo com o valor do pré-calibrador.
* '''Oscillation period counter:''' This counter consists of a 32 bit counter (2 x 16 bit registers) and each count corresponds to 1/3686400 s (~271 ns, timer prescaler 1:1). This timer configuration results in a total maximum time of ~1165 s. Higher counter total maximum times can be obtained by increasing the timer prescaler (up to 1:256). In this case the timer resolution is decreased in accordance to the prescaler value.
+
 
Between the two, the main limitation is, by far, due to the watchdog timer.
+
Entre os dois, a principal limitação é, de longe, devida ao temporizador.
  
 
===Limites===
 
===Limites===
Line 67: Line 67:
  
  
[[Precision Pendulum Assembly: Mechanical assembly| Next Page (Mechanical assembly)]]
+
[[Montagem do Pêndulo de Precisão: Montagem mecânica | Página Seguinte (Montagem mecânica)]]
  
 
==Ligações==
 
==Ligações==

Latest revision as of 12:59, 4 July 2021

Descrição do aparato

O pêndulo é composto por três componentes: a estrutura de suporte para o fulcro do pêndulo; o lançador da massa do pêndulo e a electrónica do controlador.

O suporte de base pode ser uma parede ou uma estrutura metálica robusta como a que é aqui apresentada. A escolha para o pêndulo foi um peso de treino de aço colocado de 2kg. Este peso tem a vantagem de ter um buraco perfurado para segurar um parafuso M4 e pode ser encontrado em qualquer boa loja de desporto. Este parafuso pode ser feito a partir de uma haste de latão roscado com 10mm de comprimento. Faz-se um pequeno furo de 1mm na haste, onde o cabo pendular é fixado utilizando uma corrente de solda fina (ou qualquer liga de prata fina) ou atando com um nó adequado. O cabo utilizado é de fio remanium de 0,4mm que pode ser comprado em qualquer dentista retalhista.

As próximas figuras documentam a construção das secções metálicas do pêndulo.

Desenhos de fabrico-padrão do Pêndulo Mundial
Pendulo mundial vista.png
Pendulo apoio.png
Pendulo topo.png
Pendulo base.png
Pendulo fulcro.png

O suporte do fulcro do pêndulo é feito a partir de qualquer superfície plana que seja robusta e dura, tal como uma peça de latão ou de aço inoxidável com um furo de 12-16mm. Esta superfície tem uma reentrância que é feita com uma lâmina de diamante ou de aço duro e que mantem o pivô no lugar, evitando o deslizamento.

O próprio fulcro também é de aço inoxidável ou de latão e consiste num prisma triangular com 50mmx9mm com um furo central de 1mm numa das faces que atravessa a aresta oposta. Neste furo, é soldada ou colada uma agulha intravenosa por onde passa o cabo pendular que é fixado por um pequeno parafuso na parte superior.

Suporte de pêndulo mostrando a estrutura de suporte do pivô para a pirâmide triangular de 50mmx9mm.
Suporte do cabo do pêndulo para evitar erros de alongamento. O cabo é fixado soldando-o num parafuso de latão M4 de 40mm de comprimento ou numa agulha intravenosa.
Detalhe do fulcro do cabo, mostrando o parafuso que o fixa. O Remanium é muito dúctil e facilmente enrolado no parafuso.
Estrutura de suporte do fulcro para ser fixada no topo da estrutura piramidal usando parafusos M6 ou M8 fortes.

Limites do comprimento do pêndulo

O lançador do pêndulo e a electrónica do controlador têm limites que restingem o comprimento do pêndulo e/ou o funcionamento do conjunto do pêndulo de precisão. Cada um desses limites (mín. e máx.) são explicados nas próximas subsecções. A última subsecção (Limites) mostra uma tabela com os limites para o lançador padrão e para a electrónica do controlador usados na montagem do aparato do World Pendulum Alliance (WPA).

Comprimento mínimo

O comprimento mínimo do pêndulo é principalmente limitado pela velocidade do lançador. Para uma dada distância de lançamento, quanto mais curto for o pêndulo, maior será a sua velocidade horizontal. Assim, a aceleração da pá deve ser suficientemente alta para conseguir uma libertação "limpa" da bola e a velocidade da pá deve ser alta o suficiente para que se tenha a certeza que a bola nunca volta a tocar na pá depois de ter sido libertada. A velocidade máxima da pá e a sua aceleração ditam os limites para o comprimento mínimo do pêndulo e dependem da tensão do motor de passo. Quanto maior a tensão, maior é a velocidade e a aceleração que a pá pode ter. Uma restrição adicional que também pode ser observada em pêndulos demasiado curtos é o risco de a bola passar por cima da pá em casos de grandes distâncias de lançamento.

Existem duas opções que podem ser adoptadas para reduzir o limite do comprimento mínimo de um pêndulo:

  • Aumentar a tensão do motor de passo: Na configuração padrão do WPA, a tensão definida é de 12V. Algumas das fontes de energia disponibilizadas podem chegar aos 20V. Aumentar demasiado a tensão pode resultar no sobreaquecimento do motor pelo que é importante realizar este aumento com as devidas precauções. Uma sugestão é aumentar a tensão passo a passo realizando algumas experiências entre cada passo para verificar que o motor não sobreaquece. Uma tensão até 20V deve ser segura.
  • Limitar a distância horizontal máxima de lançamento: Esta opção restringe o espaço operacional do lançador. Reduzindo a distância horizontal de lançamento (ângulo inicial), a velocidade horizontal máxima e a aceleração são reduzidas. A distância de lançamento deve ser reduzida até ao ponto em que a pá consegue fazer face aos requisitos de lançamento (velocidade e aceleração) sem o risco de parar a meio do processo de lançamento.

NOTA: Seja qual for a circunstância, o ângulo inicial nunca deve exceder os 45 graus porque o controlador não foi programado para lidar com ângulos de lançamento superiores a 45 graus.

Comprimento máximo

O comprimento máximo do pêndulo é limitado pela electrónica do controlador e está associado ao período de oscilação. Quanto maior o comprimento do pêndulo, maior é o período de oscilação. Existem duas limitações no controlador:

  • Temporizador Watchdog: Este temporizador foi configurado por default para cerca de 16s. Como resultado, isto restringe o período de oscilação do pêndulo a um valor abaixo dos 16s. Valores maiores, até ~131s, podem ser configurados neste temporizador.
  • Contador do período de oscilação: Este contador consiste num contador de 32 bits (2 x registos de 16 bits) e cada contagem corresponde a 1/3686400s (~271ns, pré-calibrador de temporizador 1:1). Esta configuração do temporizador resulta num tempo total máximo de ~1165 s. É possível obter tempos máximos totais mais elevados aumentando o pré-calibrador do temporizador (até 1:256). Neste caso, a resolução do temporizador é diminuída de acordo com o valor do pré-calibrador.

Entre os dois, a principal limitação é, de longe, devida ao temporizador.

Limites

A fotografia abaixo mostra o lançador usado no WPA. Este lançador utiliza uma tecnologia de calha em V e é caracterizado por uma distância máxima de lançamento horizontal de 250 mm. A tabela seguinte mostra os limites de comprimento do pêndulo para este lançador específico.

Launcher 2.png
Limites do comprimento do pêndulo
(ver Limites do comprimento do pêndulo para perceber estes limites)
Mínimo ~1.5 m
Máximo sem limite, virtualmente (~63.5 m)


Página Seguinte (Montagem mecânica)

Ligações