GONIOMETER: HISTÓRIA, ČASTI, OPERÁCIE, POUŽITIA, TYPY - FYZICKÝ - 2025

Goniometer je zariadenie slúžiace na meranie uhlov tvorený dvoma vizuálne. Názov pochádza z dvoch gréckych slov: gonios, čo znamená uhol a metre, ktoré odkazujú na skutočnosť merania. Odtiaľ pochádza aj goniometria, čo je veda o meraní uhlov.

Úhlové veličiny sú dôležitou súčasťou disciplín, ako sú astronómia, geodézia, geológia, medicína, mineralogia, architektúra, strojárstvo a mnoho ďalších. Výšky, vzdialenosti, sily a početné fyzikálne vlastnosti majú uhly, takže ich meranie je relevantné.

Obrázok 1. Univerzálny goniometer. Zdroj: F. Zapata,

histórie

V dávnych dobách niekto mal nápad rozdeliť obvod na 360 rovnakých častí, nazývaných stupne. Avšak až v roku 1538 holandský lekár Regnier Gemma Frisius najprv vyvinul goniometer, nástroj odvodený od astrolabe (zariadenie používané na meranie výšky alebo depresie objektu).

Pretože uhol je definovaný ako oblasť medzi dvoma lúčmi so spoločným bodom, ktorý môže byť stredom uvedeného kruhu, jedným zo spôsobov, ako určiť mieru tejto oblasti, je použitie odstupňovaného kruhu.

Základným dizajnom je teda plochý kruh s odstupňovaním na stupnici 360 ° alebo pol kruhu so 180 °. Jednoduchý plastový uhlopriečok, ktorý sa používa v škole, je veľmi základným goniometrom, ak sa držíme definície.

Úhloměr je schopný zmerať uhly na rovnom povrchu, ako je napríklad kus papiera alebo lepenky. Rozsah jeho pohybu je teda dosť obmedzený.

Goniometer je sofistikovanejší ako jednoduchý uhlopriečok. Niektoré obsahujú vernier pre väčšiu presnosť pri meraní a pravítka na meranie vzdialeností. Majú tiež ruky, aby ich umiestnili na nerovné povrchy.

Preto existuje mnoho druhov goniometrov, ktorých použitie závisí od oblasti, v ktorej používate. Pokiaľ ide o výrobné materiály, sú obvykle ľahké a pevné, ako napríklad plast, legovaná oceľ a hliník.

Na čo je goniometer?

Ako sme už povedali, goniometer sa používa na meranie uhlov v rôznych situáciách, napríklad v uhloch vytvorených kĺbmi tela, ktoré naznačujú ich pohyblivosť. Podobne je pri konštrukcii potrebné zmerať uhly stropov, stien, dverí a množstva prvkov.

Toto by malo spomenúť iba niekoľko aplikácií, pretože sú takmer nekonečné, pretože uhly sú všadeprítomné entity vo všetkom, čo nás obklopuje.

Sexagesimálny systém

Sexagesimálny systém pozostáva z rozdelenia obvodu na 360 rovnakých častí nazývaných stupne (°). Na druhej strane je každý stupeň rozdelený na minúty (´) a jedna minúta na 60 sekúnd (´´).

Tento systém sa vzťahuje na uhly a je tiež veľmi dobre známy ako miera času. V nasledujúcom texte budeme odkazovať výlučne na uhly.

Keď je uhol vyjadrený v stupňoch, minútach a sekundách, hovorí sa, že je vyjadrený komplexne. Ale ak sa rozhodnete nechať všetko v stupňoch a zlomkoch stupňa, potom je to jednoduché opatrenie.

Napríklad uhol, ktorý meria 25 ° 38 '12' ', je zložitý, ale rovnaký uhol v jednoduchom meraní je 25,64 °. Väčšina vedeckých kalkulačiek rýchlo prechádza z jedného na druhého.

časti

Jednoduchý alebo tradičný goniometer

Jednoduchý goniometer, aký je uvedený na nasledujúcom diagrame, sa skladá z:

- Polkruhová časť, ktorá obsahuje stupnicu od 0 do 180 °.

- Telo, kus, ktorý zaberá priemer, na ktorom spočíva polkruh s mierkou.

- Hárok, ktorý končí indikátorovou ihlou na čítanie.

Obrázok 2. Časti základného goniometra. Zdroj: F. Zapata.

Presný goniometer

Sofistikovanejšou verziou je presný goniometer, ktorý má kĺbové rameno goniometra posuvným pravidlom.

Kĺbové rameno ide na rotujúci disk, ktorý obsahuje vernier alebo vernier, a otáča sa na pevnom disku, ktorého hlavná stupnica má stupnicu v jednotkách 1º.

K pevnému disku je pripevnené pevné pravítko, ktoré má referenčnú plochu, na ktorej je uložená meraná časť.

Obrázok 3. Presný goniometer a jeho časti. Zdroj: F. Zapata.

fungovanie

Všetky odrody goniometra majú rovnaký princíp činnosti, pozrime sa:

Vernier, ktorý ide na rotujúci disk, má stupnicu odstupňovanú doprava aj doľava, ktorá umožňuje meranie v smere aj proti smeru hodinových ručičiek.

Malo by sa poznamenať, že rozlíšenie alebo ocenenie tohto typu goniometra je 5 minút oblúka, čo je numericky znázornené neskôr.

V strede goniometra je skrutka, ktorá slúži ako os rotácie aj ako fixátor uhlovej polohy. Niektoré presné goniometre majú prídavné koleso na reguláciu jemného zákruty, aby sa dalo presnejšie prispôsobiť meranému kusu.

Tento kus je umiestnený medzi variabilné pravidlo a pevné pravidlo alebo štvorec. Ako goniometer, tak aj časť, ktorá už je umiestnená, sú sviečky, aby sa zaistilo dokonalé uchytenie.

Keď zmizne akýkoľvek prechod svetla medzi kusom a referenčnou plochou pravítka alebo štvorca, poloha sa zafixuje pomocou fixátora kĺbov alebo upevňovacej skrutky. Nakoniec sa vykoná meranie, ktorého kroky sú podrobne opísané nižšie:

Ako sa goniometer používa?

Na použitie goniometra sa predmet, ktorého uhol sklonu sa má zmerať, zakliní medzi plachtu a disk goniometra, ako je to znázornené na obrázku 4. Tam je u meraného uhla vyznačený fuchsia.

Obrázok 4. Ako merať uhol pomocou základného goniometra. zdroj: F. Zapata.

Na obrázku boli nakreslené zelené a modré paralely, ktoré slúžia ako pomôcka pre čitateľa. Uhol fuchsie je vrcholom oproti žltému uhlu. Ak máte vrcholy opačných uhlov, zmerajú to isté.

Uhol žltý meria rovnako ako oranžový, pretože sú medzi zelenými a modrými čiarami, ktoré sú rovnobežné. Akonáhle ste o tom presvedčení, odčítanie sa uskutoční okamžite pozorovaním ukazovateľa na hárku.

Uhol kusu, ktorý sa má zmerať, je ostrý uhol a odčítanie sa vykonáva zľava doprava. Na zväčšenom obrázku čítali 48 °.

Obrázok 5. Zväčšený pohľad na opatrenie. Zdroj: F. Zapata.

Čítanie je samozrejme možné sprava doľava, pretože na to existuje dvojitá stupnica. Jedným alebo druhým spôsobom to záleží na meranom objekte.

Chyba ocenenia

Všetky meracie prístroje majú ocenenie, ktoré je najmenším delením stupnice, a akékoľvek vykonané meranie, či už pomocou goniometra alebo iného, ​​bude vždy ovplyvnené chybou.

Napríklad v jednoduchom goniometri, ktorý sme práve videli, najmenšie delenie zodpovedá 1 °.

Maximálna chyba, ktorú je možné urobiť pri meraní pomocou tohto goniometra, je viac-menej ocenením. Podľa tohto je čítanie príkladu vyjadrené takto:

Vo všeobecnosti sa hodnotenie takejto stupnice vypočíta výberom dvoch ľubovoľných hodnôt a spočítaním počtu rozdelení medzi nimi, ako je tento:

Hodnoty s presným goniometrom

Presný goniometer má vernier: druhú stupnicu umiestnenú na pohyblivom disku, ktorú je možné posunúť pod hlavnú stupnicu. Vernier umožňuje jemnejšie čítanie.

Ako vždy, meranie vykonané s hlavnou mierkou vedie k stupňom a môže byť vykonané v smere hodinových ručičiek (zľava doprava) alebo proti smeru hodinových ručičiek (sprava doľava), v závislosti od pohodlia.

Odčítanie na hlavnej stupnici sa vykonáva postupom opísaným v predchádzajúcej časti. 0 verniera v tomto prípade slúži ako ukazovateľ.

Teraz prejdeme na záverečné čítanie s vernierom, ktorý nám poskytne zápisnicu. Každá divízia je ekvivalentná 5´ (uhlové minúty) a môže sa čítať zľava doprava alebo sprava doľava.

Na nájdenie merania musí byť vybratá priamka, ktorá najlepšie vyhovuje ktorejkoľvek z čiar pevnej stupnice, a to bude zlomok v stupňoch, ktorý sa musí pridať, aby sa dosiahlo úplné odčítanie.

Príklad čítania 1

Ako príklad si ukážeme odčítanie obrázka, ktoré sa urobí proti smeru hodinových ručičiek. 0 stupnice znamená 64 ° (zelená čiara).

Obrázok 6. Príklad čítania sprava doľava. Zdroj: F. Zapata.

Teraz sa pozrime na líniu verniera, ktorá najlepšie zodpovedá jednej z hlavných línií. Na obrázku to bolo zdôraznené vo fuchsie. Zhoduje sa s delením č. 30 na vyššej stupnici. Náš uhol meria:

Pokiaľ ide o ocenenie tohto goniometra, závisí to nielen od hlavnej stupnice, ale od verniera. Goniometre majú zvyčajne 12 alebo 24 delených vernierov v každej polovici. Jeden v príklade má 12.

Vypočíta sa takto:

V tomto prípade je najmenšie delenie 1 ° = 60 ´ a delenia sú 12:

Čítanie sa preto uvádza týmto spôsobom:

Príklad čítania 2

Teraz vyskúšajme čítanie v smere hodinových ručičiek.

Obrázok 7. Odčítanie goniometra zľava doprava. Zdroj: F. Zapata.

0 vernierov sa zhoduje so 42 ° (oranžová farba), zatiaľ čo rozdelenie vernierov, ktoré sa najlepšie zhoduje s niektorou z divízií na hlavnej stupnici (tyrkysovo modrá farba), zodpovedá 20´. Meraný uhol je preto:

Čitateľ sa môže čudovať, čo sa stane, ak sa žiadna divízia nezhoduje presne. Ak je 0 verniera uprostred dvoch hlavných divízií, považuje sa odčítanie stupňov najbližšie k 0. Zvyšok merania sa vykonáva tak, ako už bolo uvedené

Je vždy na osobe, ktorá vykonáva meranie, aby si zvolila oblasti, ktoré sa najlepšie zhodujú. Dvaja ľudia, ktorí uskutočňujú rovnaké meranie, môžu nesúhlasiť, ale takmer vždy sa jedná o jemné meranie.

Typy goniometrov

Univerzálny goniometer

Existuje niekoľko vzorov. Ten, ktorý je zobrazený na obrázku 8, sa skladá z dvoch rotujúcich kovových alebo plastových pravítok, ktoré sa otáčajú spolu s odstupňovaným polkruhom. Objekt, ktorého uhol sa má zmerať, sa umiestni medzi pravítka a prečíta sa z odstupňovaného polkruhu.

Znázornený goniometer sa bežne používa na určenie rozsahu pohybu kĺbu alebo vzdialenosti, ktorú kĺb prechádza zo svojej prirodzenej polohy do maximálneho pohybu.

Obrázok 8. Goniometrom tých, ktoré sa používajú v medicíne na meranie schopnosti kĺbov pohybovať sa. Zdroj: Wikimedia Commons. Zdroj: Voxymoron

Electrogoniometers

Je to prístroj, ktorý transformuje uhol, ktorý sa má zmerať, na elektrický impulz. To je široko používaný na meranie rozsahu pohybu kĺbov.

Bubonový goniometer

Ako už názov napovedá, má vyrovnávaciu bublinu, ktorá sa zvyčajne nachádza na konci jedného z ramien. Pretože veľa meraní musí vyrovnať toto rameno s vodorovnou rovinou, umožňuje to spoľahlivejšie odčítanie.

Referencie

1. Calduch, E. Laboratory Practices. Výrobné procesné inžinierstvo. University of Catalunya. 20-22.
2. Ako to funguje. Ako goniometer funguje. Získané z: como-funciona.co.
3. Díaz del Castillo, F. Dimensional Metrology. UNAM. Univerzita Cuautitlán. Získané z: olimpia.cuautitlan2.unam.mx.
4. 4) Encyklopédia Britannica. Uhlomery. Získané z: britannica.com
5. Junta de Andalucía. Metrológie. Získané z: juntadeandalucia.es.
6. Matematické zákony a vzorce. Systémy na meranie uhlu. Obnovené z: ingemecanica.com.
7. Uhlomery. Obnovené z: google.com.