Sehr genaue Messung

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hallo!

Ich möchte die Geschwindigkeit von etwas sehr genau messen. Um was es sich genau handelt, führt hier zu weit, aufs gleiche kommt die Geschwindigkeit einer Gewehrkugel raus.
Man hat also einen Schalter am Anfang der Strecke (z.B. eine Lichtschranke) und einen am Ende. Die Strecke kann denke ich nicht viel länger als 100m sein.
Ich möchte jetzt die Passierdauer der Gewehrkugel bestimmen, aber auf 10-millionstel Sekunden genau.
Was brauche ich dazu? Geht das überhaupt mit „einfachen“ Mitteln oder brauch man da ne Spezialausrüstung?

Gruß
Paul

#2

Ich würde es per Foto versuchen.

Mit einer Hochgeschwindigkeitskamera bekommst du einige Tausend Bilder pro Sekunde. Wenn du dann auf einem solchen Bild die Bewegungsunschärfe misst, könnte deine gewünschte Genauigkeit erreichbar sein.

http://de.wikipedia.org/wiki/Hochgeschwindigkeitskamera

Aber ich fürchte, sowas zählt unterspezialausrüstung

#3

Hallo Paul,

Ich möchte die Geschwindigkeit von etwas sehr genau messen. Um
was es sich genau handelt, führt hier zu weit, aufs gleiche
kommt die Geschwindigkeit einer Gewehrkugel raus.
Man hat also einen Schalter am Anfang der Strecke (z.B. eine
Lichtschranke) und einen am Ende. Die Strecke kann denke ich
nicht viel länger als 100m sein.
Ich möchte jetzt die Passierdauer der Gewehrkugel bestimmen,
aber auf 10-millionstel Sekunden genau.
Was brauche ich dazu? Geht das überhaupt mit „einfachen“
Mitteln oder brauch man da ne Spezialausrüstung?

10MHz, bzw. 100ns, sind elektronisch kein grosses Problem, und die nötigen Bauteile bekommt man auch in jedem Elktronik-Bastelgeschäft.

Was noch fehlt ist die Länge des Signals.

Das grösste Problem dürfte der Empfänger für die Lichtschranke sein, die nötige Photo-Diode ist nicht unbedingt in jedem Bastelgeschäft zu finden.
Der Verstärker ist, von den Bauteilen her, auch nicht ein grundsätzliches Problem, aber die SChaltung zu entwickeln ist nicht einfach. Wenn beide Lichtschranken identisch sind, spielt die Verzögerungszeit auch keine Rolle.

Was du noch beachten musst ist, dass sich elektrische Signale langsamer als mit c ausbreiten. Somit müssen beide Kabel gleich lang sein. Auch ist es nicht unbedingt einfach so schnelle Impulse sauber durch 50m Kabel zu bekommen.

Das ganze ist mit Hobby-Mitteln aber machbar.

MfG Peter(TOO)

#4

Hallo!

Ich möchte die Geschwindigkeit von etwas sehr genau messen. Um
was es sich genau handelt, führt hier zu weit, aufs gleiche
kommt die Geschwindigkeit einer Gewehrkugel raus.

Auch wenn es angeblich zu weit führt:

Man hat also einen Schalter am Anfang der Strecke (z.B. eine
Lichtschranke) und einen am Ende. Die Strecke kann denke ich
nicht viel länger als 100m sein.

Ich glaube nicht, dass es irgendwas (abgesehen von Licht) gibt, das über 100m seine Geschwindigkeit so konstant hält, dass die von Dir gewünschte Genauigkeit überhaupt einen Sinn ergibt. Konkret zur Fehlerrechnung:

Nehmen wir an, Δv/v = 0,001 (ein Promille ist schon sehr genau). Dann beträgt auch Δt/t = 0,001. Wenn wir von einer Geschwindigkeit von v = 500 m/s ausgehen, dann beträgt t = 0,2 s, davon ist ein Promille Δt = 2 ms .

Zeiten im Millisekundenbereich zu messen, ist überhaupt kein Problem. (Die Probleme, über die Peter sprach, spielen bestimmt erst im Mikro- oder Nanosekundenbereich eine Rolle).

Auf deutsch: Wenn Du eine Messstrecke von 100m verwenden möchtest, musst Du gewährleisten, dass die zu messende Geschwindigkeit deutlich weniger streut als 1 Promille. Falls das nicht der Fall sein sollte, musst Du auch nicht auf Zehntel Mikrosekunden genau messen.

Michael

#5

Hallo Paul,

wie Michael schon geschrieben hat, ist eine Messstrecke von 100m völlig unsinnig, es sei denn, du misst im Hochvakuum und ohne Gravitation - das kann man dann wohl schon als Spezialausrüstung bezeichnen.

Realistisch ist eher 1 m oder weniger. Lichtschranken und Zeitmessgeräte mit Reaktionszeiten unter 1 ns sind auch nur eine Frage des Geldes, aber jedenfalls weit billiger als eine Raumfähre.

In jedem Fall sind alle möglichen Fehler sorgfältig zu berechnen: z.B. ist wohl anzunehmen, dass das Geschoss vorne rund oder spitz ist, also macht ein seitlicher Versatz der Geschossachse zum Lichtstrahl der Lichtschranke jede Präzision zunichte.

Gruss Reinhard

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#6

Hallo Paul,
bessere Frequenzzähler bieten die Möglichkeit einer Torzeitmessung. Wenn die Zeitbasis mit 10 MHz arbeitet, bekommst Du Deine 100 ns Auflösung. Den Frequenzzähler kannst Du Dir ausborgen oder selbst bauen. Dazu gibt es schon fertige ICs wie ICL7226 (gab es zumindest), wo Du nur noch ein Paar Bauteile und die LED-Anzege dranhängen mußt.

Jörg

Ich möchte die Geschwindigkeit von etwas sehr genau messen. Um
was es sich genau handelt, führt hier zu weit, aufs gleiche
kommt die Geschwindigkeit einer Gewehrkugel raus.
Man hat also einen Schalter am Anfang der Strecke (z.B. eine
Lichtschranke) und einen am Ende. Die Strecke kann denke ich
nicht viel länger als 100m sein.
Ich möchte jetzt die Passierdauer der Gewehrkugel bestimmen,
aber auf 10-millionstel Sekunden genau.
Was brauche ich dazu? Geht das überhaupt mit „einfachen“
Mitteln oder brauch man da ne Spezialausrüstung?

Gruß
Paul

#7

Hallo!

Ich möchte die Geschwindigkeit von etwas sehr genau messen. Um
was es sich genau handelt, führt hier zu weit, aufs gleiche
kommt die Geschwindigkeit einer Gewehrkugel raus.

Gruß
Paul

100 mtr ist sicher weit übertrieben
bei der Geschwindigkeit einer Gewehrkugel kann man ja fast schon eine Stoppuhr nehmen. [Spass]

Also Kommerzgeräte nehmen einfach einen passiven Lichtvorhang
Eine Optik mit einem Schlitz etwa 10cm Lang 1mm Breit.
für den Start der Zählung, und eine ebensolche für das Stoppsignal.
Wenn Du die Zeit misst musst Du den Kehrwert nehmen bei 1m Strecke.

Genutzt wird dabei der sehr schnell erfolgende Schattenwurf des Geschosses. Solche geräte dürften schwer zu bauen sein.

Leichter wären 2 Vorhänge aus dünnem Draht der je zerschossen wird und damit das Zählsignal steuert.

Messungen sind dann ein wenig aufwendig, aber Preiswert.

Wir Wiederlader haben es schwer…

Ulf