Name: Süpersonik Ping-Pong Topunun Yüksek Hızlı Optik Teşhisi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-24T13:10:00.000+00:00
Duration: 5 min 40 s
Description: Öğrenin, süpersonik ping-pong topu fırlatıcısı inşası ve optik teşhis teknikleriyle top hızı ölçümü ve şok dalgası tespiti. Bu yöntem, yüksek hızlı fizik deneyleri için hassas ölçüm sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma, IUSE: EHR programının bir parçası olarak NSF Lisans Eğitimi Bölümü (ödül # 2021157) tarafından desteklenmektedir.

1. Masa tenisi topunun (PPC) yapımı ve montajı
<ol><li>PPC'nin tüm bileşenlerini Şekil 1'e göre birleştirin.</li>
	<li>Topun iç kısmında optik problamaya izin vermek için topun yanlarına iki adet yüksek netlikte akrilik pencere yerleştirin.<ol><li>Topun çıkışına yakın PVC'nin zıt taraflarından iki 1/2 delik açın.</li>
		<li>Bir lazer oymacı kullanarak kalın akrilik pencerelerde iki 1/8 hazırlayın. Üç ek svg dosyasını indirin. NOT: "JoVE_AcrylicWindows_Step1_Engrave.svg" etiketli üç dosya vardır (Ek Dosya 1), "JoVE_AcrylicWindows_Step2_Engrave.svg" (Ek Dosya 2) ve "JoVE_AcrylicWindows_Step3_Cut.svg" (Ek Dosya 3). Bu üç dosya, başlıkta açıklanan işlem (gravür/kesim) kullanılarak verilen sırayla kullanılmalıdır. Lazer hızı ve güç ayarları, üreticinin akrilik için önerdiği ayarlara göre ayarlanmalıdır. Her gravür adımı, malzemenin kalınlığının yaklaşık 1 / 3'ünü çıkarmalıdır.</li>
		<li>Akriliğin kenarına silikon dolgu macunu ekleyin, pencereye herhangi bir şey almamaya dikkat edin. Ardından, pencereleri deliklere yerleştirin ve birbirlerine dik olduklarından emin olun. İşlemin bu kısmından sonra silikonun kürlenmesi için yeterli zaman bırakın. NOT: Bir lazer kesici mevcut değilse, 1/2'yi deliklerde kapatmak ve borunun iç kısmına bir pencere görevi görmek için borunun çevresine bir parça şeffaf bant sarılabilir. Ping-pong topunun tahrik borusunun uzunluğu boyunca hızını ve ivmesini ölçmek için topa ek pencereler yerleştirilerek daha fazla deney yapılabilir.</li>
	</ol></li>
	<li>Bir kemer zımpara makinesi kullanarak, topun çıkışındaki flanşın yüzünü zımparalayın. İnce kumlu zımpara kağıdı ile zımparalamayı bitirin, böylece bant flanşa iyi yapışabilir.</li>
	<li>Bir lazer kesici kullanarak, "JoVE_AcrylicCap_Cut.svg" (Ek Dosya 4) 'den sonra akrilik bir kapağı kesin. Akrilik kapağa tam yüzlü bir kauçuk conta takın. Akrilik kapak, PPC'yi ateşlerken kullanılan basınç contasının bir bileşenidir.</li>
	<li>Topu ateşleme için sıkıca sabitleyin ve kabın arka duvarıyla olan etkiyi en aza indirmek için pinpon topunu geniş dolgulu güvenli bir şekilde yakalamak için sağlam bir kabı konumlandırın. NOT: Masa tenisi topunu sabitlemek ve topu güvenli bir şekilde yakalamak için birçok çözüm vardır. Sunulan deney için, topu yatay bir yönelimle sıkıca sabitlemek için özel bir sıkıştırma sistemi oluşturuldu. Bu kelepçeler "JoVE_CannonMountTemplate.png" (Ek Dosya 5) sonrasında oluşturulabilir.<ol><li>Ahşap plakalarda 2 inç x 6 kesmek için Ek Dosya 5'i şablon olarak kullanın. Topu sabitlemek için sıkma sisteminin üst ve alt kısımlarını bir çekme mandalı ve menteşe ile bağlayın.</li>
		<li>Ateşleme işlemi sırasında topun kaymasını önlemek için kelepçelerin iç kısımlarını lastik conta malzemesi ile hizalayın. Sıkıştırma sisteminin bağlı üst ve alt kısımlarını dört köşe braketi kullanarak tabana takın.</li>
		<li>Tamamlanan sıkıştırma sistemini dört C kelepçesi kullanarak bir masa üstüne monte edin. Kontrplak kapta 13 inç x 13 x 24 inç inç bir kontrplak kap inşa edin ve pinpon topunu yakalamak için kontrplak levhalarda dört 1 ile geri alın. Top geri tepmelerini önlemek için kabın içine bir yastıklama malzemesi yerleştirin. Bu kabı C-kelepçeli bir masa üstüne monte edin.</li>
	</ol></li>
</ol>2. Süpersonik pinpon topunun (SSPPC) inşası ve montajı
<ol><li>Sürücü borusunun tüm bileşenlerini Şekil 2'yi izleyerek birleştirin. NOT: PPC ve SSPPC arasındaki temel fark, SSPPC'nin, PPC'nin girişine bağlı olan program 80 PVC borunun tahrik, basınçlı bir bölümü ile arttırılmasıdır. Bu nedenle, PPC zaten inşa edilmişse, SSPPC'yi inşa etmek için monte edilmesi gereken tek şey sürücü borusu bölümüdür.</li>
	<li>Topu ateşleme için sıkıca sabitleyin ve kabın arka duvarındaki etkiyi en aza indirmek için pinpon topunu geniş dolgulu güvenli bir şekilde yakalayabilen sağlam bir kabı konumlandırın. NOT: Adım 1.5'te açıklanan montaj ve yakalama sistemleri, SSPPC'yi sabitlemek için kullanılan sistemlerle aynıdır.</li>
</ol>3. Optik teşhis
<ol><li>Lazer, ışın ayırıcı, ayna ve fotoalıcıları, bileşenleri optik bir breadboard üzerine monte ederek Şekil 3'e göre ayarlayın. Lazeri topa dik olarak yönlendirin, ilk ışın borunun içini akrilik pencerelerden geçirirken ikincisi top çıkışının hemen dışından geçer.</li>
	<li>Foto alıcıları ve lazer modülünü 15 V akım sınırlı güç kaynağına ve lazer güç kaynağına bağlayarak güçlendirin. BNC kablolarını kullanarak fotoalıcıları osiloskopun iki kanalına bağlayın.</li>
	<li>Fotoalıcı sensörünün yarısına siyah elektrik bandı yerleştirin. Bant, hassas bir şok algılama ayarı oluşturmak için bir "bıçak kenarı" görevi görür. NOT: Bıçak kenarı algılamanın hassasiyeti, kirişi bıçak kenarına odaklamak için yakınsak bir lens kullanılarak daha da artırılabilir. Hassasiyet, ışının fotoalıcıya kat ettiği mesafeyi artırarak da arttırılabilir, bu da ışının daha büyük bir kırılma yer değiştirmesine neden olur.</li>
	<li>Osiloskopta tetik seviyesini ayarlamadan önce, bıçak kenarı kurulumunun hassasiyetinden kaynaklanabilecek kırpmayı önlemek için özellikle dikkat edin. Kırpmayı önlemek için, kirişin bıçak kenarındaki konumunu, taban çizgisi voltajı maksimum voltajın yaklaşık% 50'si olacak şekilde ayarlayın. Maksimum voltaj, tam ışın engelsiz dedektör üzerindeyken voltajdır.<ol><li>20 milyon veri noktası toplamak için osiloskop üzerindeki ayarları yapın. Yatay ölçek düğmesini ayarlayarak veri toplama hızını 500 MHz'ye ayarlayın. Fotoalıcıdan alınan taban çizgisi voltajının biraz altındaki bir voltaja takılmak için tetik düğmesini çevirin. NOT: Masa tenisi topunun hızı, fotoalıcı modülleri kullanılarak basit matematikle bulunabilir. Hız, pinpon topunun çapının, kirişin top tarafından engellendiği zamana bölünmesiyle elde edilir. Topun sonundaki topun hızını otomatik olarak ölçmek için iç fotoalıcı modülünden alınan sinyali işlemek için bir mikroişlemci kullanılır.</li>
	</ol></li>
</ol>4. Otomatik hız ölçümleri
<ol><li>Otomatik hız ölçümleri için bir mikroişlemci kullanmak üzere, başlangıç voltajının yaklaşık% 10'unda tetiklenen bir karşılaştırıcı kullanarak, fotoalıcı modülünden gelen sinyali Şekil 5'te gösterildiği gibi 0-5 V darbeye dönüştürün. Dönüştürülen sinyali mikroişlemcinin 7 numaralı bağlantı noktasına bağlayın.</li>
	<li>"JoVE_AutomaticVelocityDisplay.ino" dosyasını indirin (Ek Dosya 6) ve mikroişlemciye yükleyin.</li>
	<li>RA8875 ekranını ve sürücü kartını mikroişlemci üzerinde belirtilen bağlantı noktalarına bağlayın.</li>
</ol>5. Masa tenisi topunun kurulumu ve ateşlenmesi
<ol><li>Topu ateşlemeden önce kulak ve göz koruması takın.</li>
	<li>Topun çıkışına bir pinpon topu yerleştirin. Top, borunun girişine yakın vakum armatürüne çarpana kadar topun ucuna hafifçe üfleyin.</li>
	<li>Topun çıkış ucundaki flanşa 3 inç x 3 kare bant ve akrilik kapağın üzerine ikinci bir kare sabitleyin. Bandı, flanş ve kapağın yüzeyine yapışacak şekilde kapatın. NOT: Herhangi bir kırışıklık veya büyük kabarcıklar varsa, bandın atılması gerekir. Bant yüzeye yeterince yapışmazsa, vakum kaybolabilir ve top erken ateşlenebilir. Herhangi bir noktada vakum kaybolursa, sistemi dengeye getirmek için vakum pompasına bağlı iğne valfi açılabilir.</li>
	<li>Lazer ışınının bıçak kenarına ortalandığından, tetiğin uygun şekilde ayarlandığından ve yakalama kabının güvenli olduğundan emin olun.</li>
	<li>Boruyu 2 Torr'dan daha düşük bir mutlak basınca tahliye etmek için vakum pompasını açın. Yeterli bir vakuma ulaşıldıktan sonra, girişteki bandı geniş başlı veya jiletli uç gibi keskin bir nesneyle delin.</li>
	<li>Ateşledikten sonra vakum pompasını kapatın. Bandı çıkış flanşından ve akrilik kapaktan çıkarın.</li>
</ol>6. Süpersonik pinpon topunun kurulumu ve ateşlenmesi
<ol><li>Güvenlik için, ateşleme işlemi boyunca işitme ve göz koruması kullanın.</li>
	<li>Flanşın boyutlarına uyan 0,0005 inç, 0,001 inç ve 0,002 inç polyester film tabakalarını kesin. Bu tabakalar elle veya tercihen bir lazer kesici kullanılarak kesilebilir. Anahat olarak "JoVE_MylarDiaphram_Cut.svg" ek dosyasını (Ek Dosya 7) kullanın. NOT: Bu deneyin amacı doğrultusunda, top polyester filmde 0.0005 inç, 0.001 inç ve 0.002 tek tabaka ile ateşlenmiştir ve sonuçlar Şekil 7'de kaydedilmiştir. Polyester filmi lazerle kesmek için bir şablon SVG dosyası olarak bulunabilir (Ek Dosya 7).</li>
	<li>Hava kompresöründen sürücü borusuna giden valfin kapalı olduğundan emin olun. Top ateşlenmeye hazır olduğunda sürücü borusunun daha hızlı doldurulmasını sağlamak için hava kompresörünü önceden doldurun.</li>
	<li>Topun çıkışına bir pinpon topu yerleştirin. Top, tahrik borusunun girişine yakın vakum bağlantısı tarafından durdurulana kadar topun ucuna hafifçe üfleyin.</li>
	<li>Topun çıkış ucuna 3 inç x 3 kare bant sabitleyin. Bandı, flanşın yüzeyine yapışacak şekilde kapatın. NOT: Herhangi bir kırışıklık veya büyük kabarcıklar varsa, bandın atılması gerekir. Bant yüzeye yeterince yapışmazsa, vakum kaybolabilir ve top erken ateşlenebilir. Vakum sızıntıları veya başka komplikasyonlar ortaya çıkarsa, sistemi dengeye getirmek için sürücü borusundaki basınç tahliye valfini ve vakum pompasındaki iğne valfini kullanın.</li>
	<li>İki kauçuk contanın arasına önceden kesilmiş ince polyester diyafram yerleştirin. Diyaframı ve lastik contaları sürücü ile topun tahrikli bölümleri arasına yerleştirin. 4 kam kelepçesi kullanarak iki bölümü sıkıca bağlayın.</li>
	<li>Lazer ışınının bıçak kenarına ortalandığından, tetiğin uygun şekilde ayarlandığından ve yakalama kabının güvenli olduğundan emin olun.</li>
	<li>Boruyu 2 Torr'dan daha düşük bir mutlak basınca tahliye etmek için vakum pompasını açın. Hava kompresöründen gelen basıncı sürücü borusuna bırakın. Diyafram patlayana ve sürücü borusu içindeki basınçlı hava tahliye edilen tahrikli boruyu hızla doldurana kadar basıncın yükselmesine izin verin.</li>
	<li>Top ateşlendikten sonra, hava kompresörünü ve vakum pompasını kapatın. Patlama polyester diyaframı ve bandı toptan çıkarın.</li>
</ol>

<ol><li>Peterson, R. W., Pulford, B. N., Stein, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ping-pong+cannon%3A+A+closer+look%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">The ping-pong cannon: A closer look.</a> The Physics Teacher. 43 (1), 22-25 (2005).</li>
<li>Olson, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+shock+waves+in+expansion+tube+accelerators%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">The role of shock waves in expansion tube accelerators.</a> American Journal of Physics. 74 (12), 1071-1076 (2006).</li>
<li>Cockman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+vacuum+bazooka%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">Improved vacuum bazooka.</a> The Physics Teacher. 41 (4), 246-247 (2003).</li>
<li>Ayars, E., Buchholtz, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+the+vacuum+cannon%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Analysis of the vacuum cannon.</a> American Journal of Physics. 72 (7), 961-963 (2004).</li>
<li>Thuecks, D. J., Demas, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+effect+of+air-intake+aperture+size+in+the+ping-pong+ball+cannon%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Modeling the effect of air-intake aperture size in the ping-pong ball cannon.</a> American Journal of Physics. 87 (2), 136-140 (2019).</li>
<li>Liepmann, H. W., Roshko, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLiepmann%2C+HW+%22Elements+of+gas+dynamics%22">Elements of gas dynamics</a>. , Wiley. New York, NY. (1957).</li>
<li>Settles, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSettles%2C+S+%22Schlieren+and+shadowgraph+techniques%22">Schlieren and shadowgraph techniques</a>. , Springer Berlin Heidelberg. Berlin, Germany. (2001).</li>
<li>Geisert, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+single+mirror+schlieren+optical+system%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">A single mirror schlieren optical system.</a> American Journal of Physics. 52 (5), 467(1984).</li>
<li>French, R. M., Gorrepati, V., Alcorta, E., Jackson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanics+of+a+ping-pong+ball+gun%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Techniques%22%5BJournal%5D)">The mechanics of a ping-pong ball gun.</a> Experimental Techniques. 32 (1), 24-30 (2008).</li>
<li>French, M., Zehrung, C., Stratton, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+supersonic+ping-pong+gun%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">A supersonic ping-pong gun.</a> arXiv. , (2013).</li>
<li>French, F., Choudhuri, R., Stratton, J., Zehrung, C., Huston, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+modular+supersonic+ping-pong+gun%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">A modular supersonic ping-pong gun.</a> arXiv. , (2018).</li>
<li>Fredrick, C. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complementary+studies+on+supersonic+nozzle+flow%3A+heterodyne+interferometry%2C+high-speed+video+shadowgraphy%2C+and+numerical+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22WIT+Transactions+on+Modelling+and+Simulation%22%5BJournal%5D)">Complementary studies on supersonic nozzle flow: heterodyne interferometry, high-speed video shadowgraphy, and numerical simulation.</a> WIT Transactions on Modelling and Simulation. 59, 223-234 (2015).</li>
</ol>

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Top hızlarının ölçümü ve topun çıkışına yakın şok yayılımının karakterizasyonu için optik teşhis ile birlikte bir PPC ve bir SSPPC'nin inşası için bir yöntem sunduk. Standart PPC, 80 PVC boru çizelgesinde 1,5'lik 2 m'lik bir kesit ile inşa edilmiştir. Boru, her iki ucunda flanşlar, hızlı bağlanan vakum bağlantı parçaları ve lazer teşhisi için çıkışın yakınında akrilik pencerelerle donatılmıştır. PPC'nin ayrıntılı bir şeması Şekil 1'de gösterilmiştir. Ateş etmeden önce, topun içine bir pinpon...

PPC, insanların sürekli olarak maruz kaldığı muazzam hava basıncını göstermek için kullanılan popüler bir fizik gösterisidir 1,2,3,4,5. Gösterim, bir pinpon topunun, topun çapına yaklaşık olarak eşit bir iç çapa sahip bir boru bölümüne yerleştirilmesini içerir. Boru her iki ucunda bantla kapatılır ve 2 Torr'dan daha düşük bir iç basınca tahliye edilir. Borunun bir ucundaki bant delinir, bu da havanın topa girmesine izin verir ve topun yaklaşık 5.000 g'lık tepe ivmelenmeleri yaşamasına neden olur. Sadece atmosferik basınçla hızlanan top, 2 m ilerledikten sonra yaklaşık 300 m/s hızla toptan çıkar.
PPC genellikle atmosferik basıncın basit bir gösterimi olarak çalıştırılmasına rağmen, aynı zamanda çok sayıda açık uçlu öğrenci projesiyle sonuçlanan karmaşık sıkıştırılabilir akış fiziği sergileyen bir cihazdır. Topun dinamikleri, duvar sürtünmesi, topun etrafındaki havanın sızması ve hızlanan top tarafından şok dalgalarının oluşumu gibi ikincil faktörlerden etkilenir. Topun önemli ölçüde hızlanması, topun önündeki tüpten aşağı doğru ilerleyen büyük genlikli bir sıkıştırma dalgası ortaya çıkarır. Bu sıkıştırmalar yerel ses hızından daha hızlı hareket eder, bu da sıkıştırma dalgasının dikleşmesine ve sonunda bir şok dalgası6'nın oluşmasına neden olur. Önceki çalışmalar, top ile tüpün bantlanmış çıkışı arasındaki şok dalgasının yansımaları ve topun çıkışından önce bandın ayrılması nedeniyle tüpün çıkışında hızlı basınç birikimini incelemiştir2. Tek aynalı schlieren görüntüleme tekniğini kullanan yüksek hızlı video, bandın yansıtıcı şok dalgalarına tepkisini ve PPC 7,8'in çıkışında bandın nihai olarak ayrıldığını ortaya koymuştur (Video 1). Bu nedenle, PPC hem her yaştan izleyicinin ilgisini çeken basit bir hava basıncı gösterimi hem de laboratuvar ortamında ayrıntılı olarak incelenebilen karmaşık akışkan fiziği sergileyen bir cihaz olarak hizmet vermektedir.
Standart PPC ile, pinpon topu hızları ses hızı ile sınırlıdır. PPC'nin bu temel versiyonu, topu süpersonik hızlara çıkarmak için kullanılan modifiye edilmiş bir topla birlikte bu makalenin kapsamında ele alınmıştır. French ve ark. tarafından yapılan önceki çalışmalarda, süpersonik pinpon topu hızları, yakınsak-uzaklaşan bir nozul 9,10,11'den basınca dayalı akış kullanılarak elde edilmiştir. Burada sunulan SSPPC, pinpon topu üzerinde tek başına atmosferik basınç tarafından sağlanandan daha büyük bir basınç farkı sağlamak için basınçlı (sürücü) bir boru kullanır. Sürücü borusunu, topu içeren tahliye edilmiş (tahrikli) borudan ayırmak için ince bir polyester diyafram kullanılır. Bu diyafram yeterli ölçüm basıncı altında yırtılır (diyafram kalınlığına bağlı olarak genellikle 5-70 psi), böylece pinpon topunu Mach 1.4'e kadar hızlanmak üzere hızlandırır. Süpersonik pinpon topu, yüksek hızlı gölgegraf görüntüleme teknikleri 7,12 kullanılarak görülebileceği gibi, ayakta duran bir şok dalgası üretir (Video 2).
Düşük güçlü (sınıf II) HeNe lazer, topun performansı üzerine optik teşhis çalışmaları yapmak için kullanılır. HeNe lazer ışını iki yola ayrılır, bir yol topun çıkışına yakın bir dizi akrilik pencereden geçer ve ikinci yol topun çıkışından hemen geçer. Her yol bir fotoalıcıda sona erer ve sinyal çift kanallı bir osiloskopta görüntülenir. Topun ateşlenmesi sırasında kaydedilen osiloskop izi, hem hızlandırılmış pinpon topunun hızı hem de topun toptan çıkışından önceki sıkıştırılabilir akış ve şok dalgaları hakkında bilgi verir. Her bir ışın konumundaki 40 mm çapındaki pinpon topunun hızı, topun kirişi bloke ettiği zamanla doğrudan ilgilidir. Hassas bir "bıçak kenarı" şok algılama kurulumu, dedektörün yarısını bir parça siyah elektrik bandı ile kaplayarak ve bandın kenarını ışın2'nin ortasına yerleştirerek elde edilir. Bu kurulumla, sıkıştırılabilir akışa bağlı kırılma gradyanları indeksi tarafından üretilen He-Ne lazer ışınının hafif sapmaları, osiloskop izi üzerindeki voltaj artışları olarak açıkça görülebilir. Top çıkışına doğru ilerleyen şok dalgaları ve yansıyan şok dalgaları ışını zıt yönlere saptırır ve bu nedenle pozitif veya negatif voltaj artışı ile tanımlanır.
Burada, optimize edilmiş bir PPC ve SSPPC'nin yanı sıra optik tanı tekniklerinin oluşturulması ve kullanımı için talimatlar sunuyoruz (Şekil 1, Şekil 2 ve Şekil 3). Optik tanı teknikleri ve ölçümleri, önceki çalışma yıllarında geliştirilmiştir 1,2.

<table><tbody><tr><td>15 V Akım Sınırlı Güç</td><td>Kaynağı Yeni Odak</td><td>0901</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>2 "x 6" Tahta</td><td>Ev Deposu</td><td>BTR KD-HT S</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>5.0" 40 pinli 800 x 480 TFT Ekran</td><td>Adafruit</td><td>1680</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>Mutlak Basınç Göstergesi</td><td>McMaster-Carr</td><td>1791T3</td><td>0&ndash; 20 Torr | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Hava Kompresörü Taşıyıcı Kablosu</td><td></td><td>C2002</td><td>6 galon | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Arduino UNO Rev3</td><td>Arduino</td><td>A000066</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>ASME Kodu Hızlı Etkili Basınç Tahliye Vanası Hava için</td><td>McMaster-Carr</td><td>5784T13</td><td>Nikel Kaplama, 3/8 NPT, 125 PSI Ayar Basıncı | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Siyah Elektrik Bandı</td><td>McMaster-Carr</td><td>76455A21</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>BNC Kablo</td><td>Digikey Numarası</td><td>115-095-850-277M050-ND</td><td>Miktar: 2</td></tr><tr><td>Geniş Bant Dielektrik Ayna</td><td>THORLABS</td><td>BB05-E02</td><td>400 &ndash; 750 nm, & Oslash; 1/2 inç | Miktar: 1</td></tr><tr><td>C-Clamp</td><td>McMaster-Carr</td><td>5133A15</td><td>3" açıklık, 2" erişim | Miktar: 6</td></tr><tr><td>Kam Kelepçesi</td><td>Rockler</td><td>58252</td><td>Boyut: 5/16"-18 | Miktar: 2 (2 paket)</td></tr><tr><td>Dijital Basınç Göstergesi</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>DPG104S</td><td>0&ndash; 100 psi mutlak basınç, çıkış ve alarmlarla | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Dijital Basınç Göstergesi</td><td>Omega Mühendislik A.Ş.</td><td>DPG104S</td><td>0&ndash; 100 psi mutlak basınç, çıkış ve alarmlarla | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Çekme Mandalı</td><td>McMaster-Carr</td><td>1889A37</td><td>Boyut: 3 3/4" x 7/8" | Miktar:</td></tr><tr><td>40 pinli TFT Dokunmatik Ekranlar için 4 Sürücü Kartı</td><td>Adafruit</td><td>1590</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>Tam Yüzlü EPDM Conta</td><td>PVC Ek Parçaları Çevrimiçi</td><td>155G125125FF150</td><td>Miktar: 2</td></tr><tr><td>Conta Malzemesi</td><td>McMaster-Carr</td><td>9470K41</td><td>15 "x 15", 1/8 "kalınlık| Miktar: 1</td></tr><tr><td>Glowforge Plus</td><td>Glowforge Glowforge</td><td>Plus</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>HeNe Lazer</td><td>Uniphase</td><td>1108</td><td>Class 2 | Miktar: 1</td></tr><tr><td>High Tack Box Sızdırmazlık Bandı</td><td>Scotch</td><td>53344</td><td>72 mm genişliğinde&nbsp;</td></tr><tr><td>Lazer Güç Kaynağı</td><td>Unifaze</td><td>1201-1</td><td>115 V .12 A | Miktar: 1</td></tr><tr><td>LM311 Karşılaştırıcı</td><td>Digikey Electronics</td><td>296-1389-5-ND</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>ayna montajı</td><td>THORLABS</td><td>FMP05</td><td>Sabit ve Oslash; 1/2 ", 8&ndash; 32 Musluk | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Neme Dayanıklı Polyester Film</td><td>McMaster-Carr</td><td>8567K102</td><td>10' x 0.0005" x 27" | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Neme Dayanıklı Polyester Film</td><td>McMaster-Carr</td><td>8567K12</td><td>10' x 0.001" x 40" | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Neme Dayanıklı Polyester Film</td><td>McMaster-Carr</td><td>8567K22</td><td>10' x 0.002" x 40" | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Delikli Mourtise Montajlı Menteşe</td><td>McMaster-Carr</td><td>1598A52</td><td>Boyut: 1" x 1/2" | Miktar: 4</td></tr><tr><td>İğneli Vana</td><td>Robbins Aviation Inc</td><td>INSG103-1P</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>Polarize Olmayan Küp Işın Ayırıcı</td><td>THORLABS</td><td>BS037</td><td>Boyut: 10 mm | Miktar: 2</td></tr><tr><td>Metalik Olmayan PVC Çizelge 40</td><td>Cantex</td><td>A52BE12</td><td>Miktar: 2.5 m&nbsp;</td></tr><tr><td>Oatey PVC Çimento ve Astar</td><td>PVC Ek Parçaları Çevrimiçi</td><td>30246</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>Yağa Dayanıklı Sıkıştırılabilir Buna-N Conta, Delikli ve Yapışkanlı</td><td>McMaster-Carr</td><td>8516T454</td><td>1-1/2 Boru Boyutu, ANSI 150, 1/16" Kalınlık| Miktar: 1</td></tr><tr><td>Osiloskop</td><td>Tektronix</td><td>TBS2102</td><td>Miktar: 1</td></tr><tr><td>Photoreceiver</td><td>New Focus</td><td>1801</td><td>125-MHz | Miktar: 2</td></tr><tr><td>Masa Tenisi Topları</td><td>MAPOL</td><td>FBA_MP-001</td><td></td></tr><tr><td>10mm Işın Ayırıcı ve Dik Açılı Prizmalar için Üç Yıldızlı Platform Montajı</td><td>THORLABS</td><td>BSH10</td><td>4-40 Tap | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Proofgrade Yüksek Berraklıkta Şeffaf Akrilik</td><td>Glowforge</td><td>NA</td><td>Kalınlık: 1/8" | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Sch 80 PVC Kapaklı</td><td>PVC Bağlantı Parçaları Çevrimiçi</td><td>847-040</td><td>Boyut: 4" | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Sch 80 PVC Boru</td><td>PVC Ek Parçaları Çevrimiçi</td><td>8008-040AB-5</td><td>Miktar: 5 ft</td></tr><tr><td>Sch 80 PVC Redüktör Kaplin</td><td>PVC Ek Parçaları Çevrimiçi</td><td>829-419</td><td>Boyut: 4" x 1-1 / 2" | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Sch 80 PVC Kayma Flanşlı</td><td>PVC Bağlantı Parçaları Çevrimiçi</td><td>851-015</td><td>Boyut: 1 1/2" | Miktar: 3</td></tr><tr><td>Silikon Mastik Dow Corning</td><td>McMaster-Carr</td><td>7587A2</td><td>3 oz. Tüp, Şeffaf | Miktar: 1</td></tr><tr><td>Çelik Köşe Braketi</td><td>McMaster-Carr</td><td>1556A42</td><td>Boyut: 1 1/2" x 1 1/2" x 1/2" | Miktar: 16</td></tr><tr><td>Vakum Pompası</td><td>Mastercool</td><td>&nbsp; MSC-90059-MD</td><td>1 Aşamalı, 1,5 CFM, 1/6HP, 115V/60HZ</td></tr></tbody></table>

süpersonik ping-pong topunun yüksek hızlı optik teşhisi

High-Speed Optical Diagnostics of a Supersonic Ping-Pong Cannon

Geleneksel pinpon topu (PPC), tahliye edilmiş bir borudan bir pinpon topunu yalnızca atmosferik basıncı kullanarak neredeyse sonik hızlara fırlatan bir eğitim cihazıdır. PPC'nin artırılmış bir versiyonu olan SSPPC, topu atmosferik basınçtan daha büyük bir şekilde hızlandırarak süpersonik hızlara ulaşır. Optimize edilmiş bir PPC ve SSPPC'nin yapımı ve kullanımı için talimatlar sağlıyoruz.
Optik teşhis, top dinamiklerini araştırmak amacıyla uygulanır. Borunun çıkışına yakın iki akrilik pencereden gönderilen HeNe lazer, bir fotoalıcı sensörü üzerinde sonlandırılır. Bir mikroişlemci, topun hızını otomatik olarak hesaplamak için ışının pinpon topu tarafından engellendiği zamanı ölçer. Sonuçlar hemen bir LCD ekranda sunulur. 
Optik bıçak kenarı kurulumu, sensördeki HeNe ışınının bir kısmını keserek şok dalgalarını tespit etmek için son derece hassas bir araç sağlar. Şok dalgaları, fotoalıcıdan gelen elektrik sinyalinde küçük voltaj artışları olarak gözlenen ışının kırılmaya bağlı sapmalarına neden olur. 
Sunulan yöntemler yüksek oranda tekrarlanabilir ve laboratuvar ortamında daha fazla araştırma fırsatı sunmaktadır.

Burada, bir PPC ve bir SSPPC'nin inşası ve kullanımı ile şok karakterizasyonu ve hız ölçümleri için optik teşhisin uygulanması için talimatlar sunuyoruz. Temsili deneysel sonuçlar da verilmektedir. PPC ve SSPPC'nin tamamlanan sistemleri, gerekli aksesuarlarla birlikte Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterilmiştir. SSPPC, borunun tahrik edilen borusuna tahrikli, basınçlı bir bölümünün bağlandığı PPC'nin artırılmış bir versiyonudur. Şok dalgalarının bıçak sırtı tespiti ve ...

Süpersonik bir pinpon topunun (SSPPC) yapımı için bir yöntemin, top hızlarının ölçülmesi için optik teşhis teknikleri ve topun ateşlenmesi sırasında yayılan şok dalgalarının karakterizasyonu için bir yöntem açıklıyoruz.

Süpersonik Ping-Pong Topunun Yüksek Hızlı Optik Teşhisi

The traditional ping-pong cannon (PPC) is an educational apparatus that launches a ping-pong ball down an evacuated pipe to nearly sonic speeds using ...

Top hızlarını ölçmek ve şok dalgalarını tespit etmek için optik teşhis teknikleriyle birlikte süpersonik bir ping pong topu inşa etmek ve çalıştırmak için talimatlar sunuyoruz. Optik bıçak kenarı kurulumu, bir lazer ışınının küçük, çapraz sapmalarına karşı oldukça hassastır ve topla ilişkili şok dalgalarını tespit etmek için bir araç sağlar. Başlamak için, fotoğraf alıcılarını ve lazer modülünü 15 voltluk bir akım sınırlı güç kaynağına ve lazer güç kaynağına bağlayarak güçlendirin.Ardından, BNC kablolarını kullanarak fotoğraf alıcılarını osiloskopun iki kanalına bağlayın. Optik teşhis kurulumu için, lazeri fabrikasyon topa dik olarak, ilk ışın borunun içindeki akrilik pencerelerden geçecek ve ikincisi top çıkışının hemen dışına yerleştirin. Fotoğraf alıcısı sensörünün yarısının üzerine siyah elektrik bandı yerleştirerek bıçak ucu darbe algılama kurulumu oluşturun.Kırpmayı önlemek için, bıçak kenarındaki kiriş konumunu, taban çizgisi voltajı maksimumun yaklaşık %50'si olacak şekilde ayarlayın. Ardından, 20 milyon veri noktası toplamak için osiloskoptaki ayarları yapın. Veri toplama hızını 500 megahertz olarak ayarlamak için yatay ölçek düğmesini kullanın.Fotoğraf alıcısından alınan

high-speed-optical-diagnostics-of-a-supersonic-ping-pong-cannon

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Ultrashort lazer darbeleri ile tetiklenen erken plazma evrimini incelemek için deneysel bir yöntem tarif edilmiştir. Bu yöntemi kullanarak, erken plazma yüksek kaliteli görüntüler yüksek zamansal ve mekansal çözünürlüklerde elde edilir. Bir romanı entegre atomistik modelin erken plazma mekanizmaları taklit ve açıklamak için kullanılır.

Erken Plazma Evrim Araştırılması ultrashort Lazer Bakliyat Bağlı

Yüksek çözünürlüklü, yüksek hızlı parçacık görüntü velosimetri (PIV) kullanarak sınırları yakınında geçici akımları incelemek için bir prosedür burada açıklanmıştır. PIV gibi görüntü ve kayıt özellikleri, lazer sac özellikleri ve analiz algoritmaları gibi birçok parametre kısıtlamaları optimize ederek herhangi bir optik erişilebilir akışı için geçerli olmayan bir müdahaleci ölçüm tekniğidir.

Yüzeyler Yakın yüksek hızlı Partikül imaj velosimetri

Kırılma ve parçalanma, dinamik yükleme senaryolarında geç aşama olaylarıdır ve tipik olarak patlayıcılar kullanılarak incelenir. Hem yükleme hızının hem de numune sıcaklığının benzersiz bir şekilde kontrol edilmesini sağlayan bir gaz tabancası kullanarak genleşmeyi sürmek için bir teknik sunuyoruz.

Dinamik Kırık ve Parçalanma Sıcaklık Bağımlılığı incelenmesi için bir yöntem

Yüksek hızlı hareket eden bir yüzey üzerinde sıvı jet çarpmasını incelemek için iki deneysel cihaz tanımlanmıştır: bir hava topu cihazı ve bir dönen disk cihazı. Aparatlar, ray üstü sürtünme kontrolü için ray raylarına sıvı sürtünme değiştiricinin (LFM) uygulanmasına yönelik en uygun yaklaşımları belirlemek için kullanılır.

Bir Hareketli Yüzeyde Yüksek Hızlı Sıvı Jet birikiminin Görselleştirme

Askeri uygulamalar için yüksek patlayıcıların gelişimsel testi, teorik hesaplamaları doğrulamak için küçük ölçekli formülasyon, güvenlik testi ve son olarak patlama performans testlerini içerir. Bu makale, patlama hızı ve patlama basıncının ölçümü ile ilgili tipik geliştirme testlerini paylaşacaktır.

Yüksek performanslı Patlayıcılar Araştırma ve Geliştirme

Burada hızlı bir Brillouin spektrometresi inşa etmek için bir protokol mevcut. Neredeyse görüntülü faz dizi Basamaklı (VIPA) etalonları 1000'den fazla kat daha hızlı geleneksel tarama Fabry-Perot spektrometresi daha ölçüm hızına erişmek. Bu gelişme in vivo düşük güç seviyelerinde doku ve biyomalzemelerin Brillouin analizi için araçlar sağlar.

Brillouin Saçılma Analiz Yüksek Hızlı Alt GHz Spektrometre

Yüksek çözünürlüklü bir Coulomb patlama görüntüleme kurulumu kullanarak bir moleküler dönme dalga paketinin gerçek zamanlı bir filmini oluşturmak için bir protokol sunuyoruz.

Lazer güdümlü Ultrafast Moleküler Rotasyon Doğrudan Görüntüleme

Biz bir hızlı continuous-wave-teşvik-Brillouin-saçılma (CW-SBS) Spektrometre inşaatı tarif. Spektrometre tek frekanslı diyot lazerler istihdam ve ilâ 100-fold mevcut CW-SBS Spektrometreler olanların daha hızlı bir atomik Buhar çentik-iletim spectra yüksek spektral çözünürlüklü bulanık/sigara-bulanık örneklerinin elde etmek için filtre hızlandırır. Bu geliştirme yüksek hızlı Brillouin malzeme çözümleme sağlar.<br...

Yüksek hızda sürekli uyarılan Brillouin saçılma Spektrometre için malzeme analizi

Bu iletişim kuralı gerçekleştirmek ve gaz fazlı molekülleri ultrafast fotokimyasal reaksiyonlar çalışma için femtosecond optik lazer serbest elektron lazer ile birleştirerek pompa-sonda deneyler analiz anahtar adımları açıklar.

Bir deneysel protokol için Femtosecond NIR/UV-serbest elektron lazerler ile XUV pompa-sonda deneyler

Burada açıklanan teknik parçacık kinematik ve türbülans akar düşük parçacık konsantrasyonları ile eşzamanlı olarak ölçmek için düşük maliyetli ve nispeten basit bir yöntem sunar. Türbülans partikül imaj velosimetri (PIV) ölçülür ve parçacık kinematik bir örtüşen alan bakış açısı yüksek hızlı kamera ile elde edilen görüntüler üzerinden hesaplanır.

Eş zamanlı ölçüm türbülans ve akış görüntüleme teknikleri kullanarak parçacık kinematik

Lityum niyobat üzerindeki plaka elektrotlarının doğru akım püskürtmesi ile piezoelektrik kalınlık modu transdüserlerinin imalatı anlatılmaktadır. Ayrıca transdüser tutucu ve sıvı besleme sistemi ile güvenilir bir çalışma sağlanır ve epitendans analizi, lazer doppler vibrometri, yüksek hızlı görüntüleme ve lazer saçılma kullanılarak damlacık boyutu dağılımı ile karakterizasyon gösterilmiştir.

Atomizasyon ve Acoustofluidics için Kalınlık Modu Piezoelektrik Cihazların İmalatı ve Karakterizasyonu

Öğrenin, süpersonik ping-pong topu fırlatıcısı inşası ve optik teşhis teknikleriyle top hızı ölçümü ve şok dalgası tespiti. Bu yöntem, yüksek hızlı fizik deneyleri için hassas ölçüm sağlar.

Süpersonik Ping-Pong Topunun Yüksek Hızlı Optik Teşhisi

Daha fazla video keşfet