GONIOMETER: HISTORIE, DELE, BETJENING, ANVENDELSER, TYPER - FYSISK - 2025

Den goniometer er indretningen anvendes til at måle vinklerne dannet af to grafik. Navnet kommer fra to græske ord: gonios, der betyder vinkel og meter, der henviser til måling. Derfra stammer også goniometri, som er videnskaben til måling af vinkler.

Vinkelmængder er en vigtig del af discipliner som astronomi, landmåling, geologi, medicin, mineralogi, arkitektur, teknik og mange flere. Højder, afstande, kræfter og adskillige fysiske egenskaber har involverede vinkler, så deres måling er relevant.

Figur 1. Universal goniometer. Kilde: F. Zapata,

Historie

I gamle tider havde nogen idéen om at dele omkredsen i 360 lige store dele, kaldet grader. Men det var først i 1538, at den hollandske læge Regnier Gemma Frisius først udviklede et goniometer, et instrument, der stammede fra astrolaben (en anordning, der blev brugt til at måle en objekts højde eller fordybelser).

Da en vinkel er defineret som området mellem to stråler med et fælles punkt, der kan være midten af ​​nævnte cirkel, er en måde at bestemme måling på det område ved at bruge en gradueret cirkel.

Så det grundlæggende design er en flad cirkel, graderet i en skala fra 360 eller en halv cirkel med 180 °. En simpel plastik-gradskive, som dem, der bruges i skolen, er et meget grundlæggende goniometer, hvis vi holder os til definitionen.

Grabeapparatet er i stand til at måle vinkler på en plan overflade, såsom et stykke papir eller et bord. Så dens bevægelsesområde er temmelig begrænset.

Goniometeret er mere sofistikeret end en simpel gradskive. Nogle har et vernier for større præcision i målingen og linealer til at måle afstande. De har også arme til at placere dem på ikke-flade overflader.

Derfor er der mange sorter af goniometre, hvis brug afhænger af det område, du bruger. Med hensyn til fremstillingsmaterialer er de generelt lette og stærke, såsom plast, legeret stål og aluminium.

Hvad er goniometeret til?

Som nævnt bruges goniometeret til at måle vinkler i en lang række situationer, for eksempel de vinkler, der er lavet af kroppens led, som er tegn på dets mobilitet. Tilsvarende er det i konstruktionen nødvendigt at måle vinklerne i lofter, vægge, døre og en række elementer.

Dette for kun at nævne nogle få applikationer, da de næsten er uendelige, da vinkler er allestedsnærværende enheder i alt, hvad der omgiver os.

Sexagesimal system

Det sexagesimale system består af at dele omkredsen i 360 lige store dele kaldet grader (º). Til gengæld er hver grad opdelt i minutter (´) og et minut opdelt i 60 sekunder (´´).

Dette system gælder for vinkler og er også meget kendt som et mål for tiden. I det følgende vil vi udelukkende henvise til vinkler.

Når en vinkel udtrykkes i grader, minutter og sekunder, siges den at blive udtrykt i komplekst mål. Men hvis du vælger at forlade alt i grader og brøkdel af en grad, er det en simpel foranstaltning.

For eksempel er en vinkel, der måler 25º 38 '12', i et komplekst mål, men den samme vinkel i simpelt mål er 25,64º. De fleste videnskabelige regnemaskiner konverterer hurtigt fra den ene til den anden.

Dele

Enkel eller traditionel goniometer

Et simpelt goniometer som det, der er vist i følgende diagram, består af:

- En halvcirkelformet del, der indeholder den graduerede skala fra 0 til 180º.

- Kroppen, et stykke, der optager en diameter, hvorpå halvcirklen med skalaen hviler.

- Det ark, der ender i en indikatornål til læsning.

Figur 2. Dele af et grundlæggende goniometer. Kilde: F. Zapata.

Præcisions Goniometer

En mere sofistikeret version er præcisionsgoniometeret, som har en glideregel fastgjort til goniometerets ledede arm.

Den ledede arm går på den roterende skive, der indeholder en vernier eller vernier, og roterer på den faste skive, der har hovedskalaen gradueret i 1º enheder.

Den faste lineal er fastgjort til den faste disk, som har en referenceoverflade, hvor den del, der skal måles, understøttes.

Figur 3. Præcisionsgoniometer og dets dele. Kilde: F. Zapata.

Fungerende

Alle sorter af goniometer har det samme funktionsprincip, lad os se:

Vernieren, der går på den roterende disk, har en skala, der er gradueret til både højre og venstre, hvilket gør det muligt at foretage målinger både med uret og mod uret.

Det skal bemærkes, at opløsningen eller værdien af ​​denne type goniometer er 5 minutters bue, hvilket er vist numerisk senere.

I midten af ​​goniometeret er der en skrue, der tjener både som rotationsakse og fixer af vinkelpositionen. Nogle præcisionsgoniometre har et ekstra hjul til at kontrollere den fine drejning, så det kan justeres mere præcist til det stykke, der skal måles.

Nævnte stykke er placeret mellem den variable regel og den faste regel eller firkant. Både goniometeret og den allerede placerede del er tændt for at sikre, at pasningen er perfekt.

Når en hvilken som helst lyspassage mellem stykket og referencefladen på linealen eller firkanten er forsvundet, fastgøres positionen med ledforbindelsesfixeren eller fastgørelsesskruen. Endelig udføres målingen, hvis trin er beskrevet nedenfor:

Hvordan bruges goniometeret?

For at bruge goniometeret kiler objektet, hvis hældningsvinkel skal måles mellem arket og goniometerets disk, som vist i figur 4. Der er vinklen, der skal måles, blevet markeret i fuchsia.

Figur 4. Hvordan man måler en vinkel med et grundlæggende goniometer. kilde: F. Zapata.

Der er trukket grønne og blå paralleller over billedet for at vejlede læseren. Fuchsiavinklen er modsat af toppunktet med den gule vinkel. Når du har modsatte vinkler gennem toppunktet, måler de det samme.

Vinklen i gult måler den samme som den orange, da de er mellem de grønne og blå linjer, som er parallelle. Når først den er overbevist om dette, foretages læsningen øjeblikkeligt ved at observere indikatoren på arket.

Vinklen på det stykke, der skal måles, er en skarp vinkel, og aflæsningen foretages fra venstre mod højre. I det forstørrede billede læser de 48º.

Figur 5. Forstørret afbildning af foranstaltningen. Kilde: F. Zapata.

Naturligvis kan aflæsninger foretages fra højre til venstre, da der er en dobbelt skala til det. At gøre det på den ene eller den anden måde afhænger af det objekt, der skal måles.

Værdsættelsesfejl

Alle måleinstrumenter har en påskønnelse, som er den mindste division på skalaen, og enhver måling, der er foretaget, hvad enten det er med goniometeret eller andet, vil altid blive påvirket af fejl.

I det enkle goniometer, vi lige har set, svarer for eksempel den mindste division til 1º.

Den maksimale fejl, der kan foretages i en måling foretaget med dette goniometer, er mere eller mindre påskønnelse. I henhold til dette udtrykkes læsningen af ​​eksemplet som:

Generelt beregnes værdien af ​​en skala som denne ved at vælge to vilkårlige aflæsninger og tælle antallet af opdelinger mellem dem som denne:

Aflæsninger med præcisionsgoniometer

Præcisionsgoniometeret har en vernier: en anden skala placeret på en bevægelig disk, og som kan flyttes under hovedskalaen. Vernieren giver mulighed for finere aflæsninger.

Som altid resulterer målingen med hovedskalaen i grader og kan udføres med uret (venstre til højre) eller mod uret (højre til venstre), afhængig af bekvemmelighed.

Aflæsning på hovedskalaen udføres med proceduren beskrevet i det foregående afsnit. Vernierens 0 fungerer som en indikator i dette tilfælde.

Nu går vi til den endelige læsning med vernier, som vil give os protokollen. Hver opdeling svarer til 5 '(kantede minutter) og kan også læses fra venstre til højre eller højre til venstre.

For at finde målingen skal du vælge den linie i den vernier, der bedst matcher nogen af ​​linjerne på den faste skala, og det vil være den brøkdel i grader, der skal tilføjes for at have den fulde læsning.

Læseeksempel 1

Lad os som et eksempel se læsningen af ​​figuren, gjort mod uret. Vernierens 0 indikerer 64º (grøn linje).

Figur 6. Eksempel på læsning fra højre til venstre. Kilde: F. Zapata.

Lad os nu se linjen i den vernier, der bedst matcher en af ​​hovedlinjerne. I figuren er det fremhævet i fuchsia. Det falder sammen med afdeling nummer 30 på vernier-skalaen. Så vores vinkel måler:

Hvad angår forståelsen af ​​dette goniometer, afhænger det ikke kun af hovedskalaen, men af ​​vernier. Goniometre har normalt 12 eller 24 divisionsverniere i hver halvdel. Den i eksemplet har 12.

Det beregnes som følger:

I dette tilfælde er den mindste division 1º = 60 ´, og inddelingen er 12:

Derfor rapporteres læsningen på denne måde:

Læseeksempel 2

Lad os nu prøve at læse med uret.

Figur 7. Goniometeraflæsning taget fra venstre mod højre. Kilde: F. Zapata.

Vernierens 0 falder sammen med 42º (orange farve), mens inddelingen af ​​vernieren, der bedst falder sammen med nogen af ​​opdelingerne i hovedskalaen (turkisblå farve) svarer til 20 '. Derfor er den målte vinkel:

Læseren kan måske undre sig over, hvad der sker, hvis ingen division matcher nøjagtigt. Når vernierens 0 er i midten af ​​to hovedafdelinger, tages divisionen tættest på 0 som gradlæsning. Resten af ​​målingen udføres som allerede beskrevet

Det er altid op til den person, der foretager målingen, at vælge de divisioner, der bedst matcher. To personer, der foretager den samme måling, kan være uenige, men næsten altid om den fine måling.

Typer af goniometer

Universal Goniometer

Der er flere designs. Den, der er vist i figur 8, består af to roterede metal- eller plastiklinealer, der roterer sammen med en gradueret halvcirkel. Det objekt, hvis vinkel skal måles, placeres mellem linealerne og læses fra den graduerede halvcirkel.

Det viste goniometer bruges i vid udstrækning til at bestemme området for ledbevægelse eller afstanden, som et led bevæger sig fra sin naturlige position til sin maksimale bevægelse.

Figur 8. Goniometer af dem, der anvendes i medicin til at måle ledens evne til at bevæge sig. Kilde: Wikimedia Commons. Kilde: Voxymoron

Electrogoniometers

Det er et instrument, der omdanner vinklen, der skal måles, til en elektrisk impuls. Det er vidt brugt til at måle samlingens bevægelsesområde.

Boble goniometer

Som navnet antyder har den en udjævnende boble, som normalt er placeret i slutningen af ​​en af ​​armene. Da mange målinger er nødt til at justere denne arm med vandret, giver dette mulighed for mere pålidelige aflæsninger.

Referencer

1. Calduch, E. Laboratory Practices. Fremstilling Process Engineering. Universitetet i Catalunya. 20-22.
2. Hvordan virker det. Sådan fungerer et goniometer. Gendannes fra: como-funciona.co.
3. Díaz del Castillo, F. Dimensionel metrologi. UNAM. Cuautitlán Fakultet for videregående studier. Gendannes fra: olimpia.cuautitlan2.unam.mx.
4. 4) Encyclopaedia Britannica. Goniometer. Gendannes fra: britannica.com
5. Junta de Andalucía. Metrologi. Gendannes fra: juntadeandalucia.es.
6. Matematiske love og formler. Vinkelmålingssystemer. Gendannes fra: ingemecanica.com.
7. Goniometer. Gendannet fra: google.com.