อุปกรณ์สำหรับการวัดค่าโมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุโดยใช้ตัวเข้ารหัสแบบหมุน

Apparatus for Measuring the Moment of Inertia of an Object Using a Rotary Encoder

Abstract

ในงานวิจัยนี้อุปกรณ์การทดลองได้ถูกออกแบบขึ้นสำหรับการวัดค่าโมเมนต์ความเฉื่อย ซึ่งมีส่วนประกอบหลักเป็น ตัวเข้ารหัสแบบหมุนและแผงวงจรอาร์ดุยโนรุ่นนาโนสำหรับวัดการกระจัดเชิงมุมของวัตถุที่กำลังหมุน เราได้เสนอวิธีทำการทดลองเพื่อให้ได้ค่าโมเมนต์ความเฉื่อยของวัตถุใดๆ โดยใช้ตัวเข้ารหัสแบบหมุน ผลจากการทดลองจะถูกนำมาคำนวณและวิเคราะห์เพื่อนำไปเปรียบเทียบกับผลจากทฤษฏี ในงานวิจัยนี้เราใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของทอร์กเสียดทาน 2 แบบ เพื่อมาศึกษาและอธิบายการหมุน พบว่าแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของทอร์กเสียดทาน tf = a + b w  ให้ผลลัพธ์สอดคล้องกับผลที่ได้จากการทดลอง อุปกรณ์การทดลองที่ออกแบบมานี้มีราคาถูกและหาซื้อได้ง่ายในร้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จึงสามารถนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์ได้เป็นอย่างดี  In this paper, a laboratory apparatus is designed for measuring the moment of inertia. It mainly consists of a rotary encoder and an arduino nano board, which can be used to measure angular displacement of a rotating object. We propose our experimental approaches to achieve the moment of inertia of any objects using a rotary encoder. The experimental results from the encoder are calculated and analyzed in order to compare with the results from theory. Two mathematical models of the frictional torque are presented and investigated. We find that the mathematical model of  tf = a + b w leads to the results which are in good agreement with the experimental results. Our designed laboratory apparatus is cheap and its components are available in electronics stores. Thus, it is able to be applied in physics laboratory.