شتاب سنج
شتاب سنج چیست و چطور کار میکند؟
می خواهید بدانید ماشین با چه سرعتی در حرکت است؟ کار سختی نیست، کافی است نگاهی به سرعت سنج ماشین بیاندازید! سرعت یک پارامتر بسیار مفید است که به شما می گوید چقدر سریع می توانید از نقطه A به نقطه B بروید. اینکه حداکثر سرعت یک ماشین چقدر است می تواند نشان دهنده قدرت موتور های آن ماشین باشد، اما این را هم می دانیم که حداکثر سرعت یک ماشین خیلی به درد ما نمی خورد! چون همیشه باید سرعت مجاز را رعایت کنیم.
از سوی دیگر شتاب خیلی جالب تر از سرعت است و زمانی که می خواهید پشت ماشین از خطر ها فرار کنید بیشتر از سرعت به درد می خورد: شتاب می گوید یک وسیله با چه سرعتی می تواند سرعت خود را افزایش یا کاهش دهد. محاسبه شتاب هم کمی از محاسبه سرعت پیچیده تر است چون باید متوجه شد که در یک دوره زمانی، سرعت چقدر تغییر می کند. حالا شتاب را چطور اندازه می گیرند؟ خوب، مسلما با دستگاهی به نام شتاب سنج. روزی، روزگاری، شتاب سنج ها فقط در فضاپیما ها و جامبو جت ها یافت می شد. اما امروزه در ماشین، آیپاد، آیفون، آیپد، نینتندو wii و بسیاری از گجت های دیگر شتاب سنج ها حضور دارند. در ادامه نگاهی دقیق می اندازیم به اینکه اصلا این شتاب سنج ها چه هستند و چگونه کار می کنند.
شتاب چیست:
قبل از اینکه درباره شتاب سنج صحبت کنیم، اول باید راجع به خود شتاب اطلاعات کسب کنیم – پس اجازه دهید یک نیم نگاهی داشته باشیم به موضوع شتاب. اگر ماشین شما از موقعیت توقف تا سرعت ۱۰۰ کیلومتر در ساعت را در زمان ۵ ثانیه طی کند، یعنی ۰ تا ۱۰۰ آن ۵ ثانیه باشد، آنگاه برای محاسبه شتاب ماشین باید ۱۰۰ را به ۵ تقسیم کنیم که به عدد ۲۰ می رسیم. به این معنی که شتاب ماشین ۲۰ کیلومتر در هر ثانیه است. اگر بخواهیم واضح تر بگوییم، در واقع ماشین در هر ۵ ثانیه ۲۰ کیلومتر به سرعت خود می افزاید. می بینید که با یک ساعت و به کمک سرعت سنج ماشین خیلی راحت می توانید به شتاب ماشین پی ببرید.
اما اگر بخواهید شتاب را در هر لحظه به دست آورید و یک مدت زمان معین را در نظر نگیرید چطور؟ اسحاق نیوتون عزیز قبلا زحمت فکر کردن به این موضوع را کشیده و شتاب را بر اساس جرم و نیرو تعریف کرد. اگر یک نیرو داشته باشیم ( مثلا نیروی پای ما وقتی که به توپ ضربه می زنیم ) که به یک جرم وارد شود ( مثلا همان توپ ) آنگاه در واقع به جسم شتاب داده ایم ( و توپ شروع به پرواز در آسمان می کند ).
طبق این قانون: نیرو برابر است با شتاب ضربدر جرم. یا به عبارت دیگر شتاب برابر است با نیرو تقسیم بر جرم ( a = f/m ).
در اصل شتاب نیرویی است که ما برای به حرکت در آوردن یک جرم به آن نیاز داریم. حالا متوجه می شوید شوت کردن چطور کار می کند! هر چه محکم تر شوت کنیم ( یا نیرو بیشتر باشد ) و هر چه توپ سبک تر باشد ( یا جرم کمتر باشد )، آنگاه توپ با شتاب بیشتری به حرکت در می آید.
حالا می بینید که ما راه دیگری هم برای تخمین شتاب در اختیار داریم که به زمان و سرعت و مسافت مربوط نیست. می توانیم از طریق جرم و نیرو به مقدار شتاب دست یابیم.
شتاب سنج ها به چه دردی می خورند:
شتاب سنج ها از جمله ابزار موشک ها هستند و همچنین برای سیستم خلبان اتوماتیک در هواپیما ها هم از آنها استفاده می شود. یکی دیگر از استفاده های رایج شتاب سنج در سیستم کیسه هوای اتومبیل است که وقتی شتاب سنج تغییر سرعت ناگهانی ماشین را متوجه می شود سیستم کیسه هوا را فعال می کند.
اگر هم یک اسمارت فون یا گجت جدید داشته باشید احتمالا در آنها هم از شتاب سنج استفاده شده تا گجت متوجه شود شما آن را به کدام سمت نگه داشته اید و به چه سمتی تکانش دادید. این درست همان روشی است که آیپد یا آیفون متوجه می شوند چه زمانی باید اطلاعات روی صفحه نمایش را افقی یا عمودی کنند. بسیاری از نرم افزار ها هم در این گجت ها از شتاب سنج گجت بهره می برند تا هیجان بیشتری را برای شما در هنگام استفاده از نرم افزار یا بازی به ارمغان آورند.
شاید حتی نتوانید تصور کنید که شتاب سنج در چه دستگاه هایی استفاده می شود. مثلا می دانستید که شتاب سنج در ماشین لباسشویی به کار می رود تا هنگامی که متوجه شد تکان ها شدید است و بار برای ماشین زیاد است، ماشین را خاموش کند تا ماشین تکه تکه نشود؟ یا می دانستید اتوهای الکتریکی و فن های گرم کننده هم شتاب سنج دارند تا زمانی که تکان شدید خوردند یا زمین افتادند خاموش شوند تا آتش سوزی اتفاق نیافتد؟ جالب است! آیا دانش موشکی جالب نیست؟
شتاب سنج چطور کار می کند:
این تساوی، تئوری ای است که در پس شتاب سنج ها وجود دارد: آنها شتاب را نه تنها بر اساس تغییر سرعت در مدت زمان معین، بلکه بر اساس نیرو نیز اندازه گیری می کنند. چطور این کار را می کنند؟ به صورت عمومی، وقتی یک نیرو به یک جرم وارد می شود، آنها مقدار نیرویی که جرم از خود نشان می دهد را حس می کنند.
این چیزی است که ما در ماشین خود با آن بسیار آشنا هستیم. تصور کنید شما روی صندلی عقب نشسته اید و با خوشحالی در حال تماشای مناظر اطراف هستید که ناگهان راننده تصمیم می گیرد از کامیونی که به کندی جلوی شما در حرکت است سبقت بگیرد. در این لحظه حس می کنید که به داخل صندلی ماشین کشیده می شوید. چرا؟ برای اینکه شتاب ماشین باعث می شود ماشین ناگهان با سرعت به جلو برود. شاید فکر کنید هر گاه ماشین به جلو شتاب بگیرد شما به عقب رانده می شوید، اما این فقط یک توهم است. واقعیت آن است که ماشین سعی دارد بدون شما با سرعت به جلو برود ولی صندلی ماشین اجازه نمی دهد شما از ماشین بیرون بیافتید.
طبق قوانین حرکت، بدن شما می خواهد در یک سرعت ثابت بماند، اما صندلی ماشین با فشار بدن شما را وادار می کند که شتاب بگیرد. هر چه ماشین بیشتر شتاب بگیرد، شما هم نیروی بیشتری را از صندلی ماشین حس می کنید – و واقعا هم حس می کنید! بدن و مغز شما همکاری می کنند تا یک شتاب سنج طبیعی را به وجود بیاورند. هر چه بدن شما بیشتر نیرو را حس کند، مغز شما هم از تفاوت بین حرکات بدن شما و ماشین به همان نسبت شتاب ایجاد می کند ( و البته از حس های اطراف هم کمک می گیرد، مثل سرعت حرکت مناظر اطراف شما، صدای موتور ماشین و صدای هوایی که در اطراف در جریان است و… ). لحظه به لحظه، شما از تغییر احساسات درونی بدنتان تغییر در شتاب را هم حس می کنید. شتاب سنج هم دقیقا همین طور کار می کند.
چیپ شتاب سنج چطور کار می کند:
شتاب سنج داخل آیفون شما، یک شتاب سنج بزرگ نیست، بلکه یک نوع شتاب سنج کوچک است که به آن شتاب سنج نیمه رسانا گفته می شود. روش کار آن به صورت زیر است:
۱- درست در وسط یک الکترود کوچک وجود دارد که به اندازه کافی جا دارد تا کمی بالا و پایین برود تا وقتی گجت را تکان می دهید این الکترود هم تکان داده شود.
۲- در این قسمت هم میله ای وجود دارد که الکترود را نگه داشته ولی به اندازه ای که الکترود توانایی کمی تکان خوردن را داشته باشد.
۳- یک ارتباط الکتریکی هم بین میله و الکترود به سمت بیرون در جریان است تا این جابجایی به مدار مربوطه منتقل شود.
۴- درست در زیر الکترود قرمز رنگ ( در شکل ) یک الکترود دیگر وجود دارد که ما در اینجا آن را به رنگ بنفش نشان دادیم. این الکترود ها با هم کمی فاصله دارند و بین آنها فضای خالی وجود دارد و این یعنی این دو الکترود نقش خازن را ایفا می کنند. وقتی شما گجت را تکان می دهید، الکترود قرمز هم تکان خورده و فاصله بین این دو الکترود و در نتیجه ظرفیت الکتریکی خازن تغییر می کند. اینجا بحث بر سر میکرو متر ها است و فاصله بسیار کم است. عایق هایی هم به الکترود قرمز متصل هستند که در اینجا با رنگ مشکی نشان داده شده اند و وظیفه دارند مانع از تماس مستقیم این دو الکترود شوند.
۵- درست همین روند هم در بالای الکترود قرمز وجود دارد و یک الکترود دیگر هم در بالا قرار دارد که ما آن را با رنگ آبی نمایان کردیم.
۶- این الکترود ها در لبه های چیپ به ترمینال های دیگری متصل هستند تا تغییرات به مدار های دیگر هم منتقل شوند.
نتیجه:
با اینکه این کلیتی از روش کار شتاب سنج ها به خصوص در گجت های امروزی بود ولی حالا دیگر می دانید وقتی آیفون خود را می چرخانید چه روندی طی می شود تا همه چیز روی صفحه به سمت شما بچرخد.
منبع:d4fteam.com
