- история
- Для чего нужен гониометр?
- Шестидесятеричная система
- части
- Простой или традиционный гониометр
- Прецизионный гониометр
- Функционирование
- Как используется гониометр?
- Ошибка признательности
- Показания точного гониометра
- Чтение примера 1
- Чтение примера 2
- Типы гониометров
- Универсальный гониометр
- Electrogoniometers
- Пузырьковый гониометр
- Ссылки
Гониометра является устройство , используемое для измерения углов , образованных двумя визуальными. Название происходит от двух греческих слов: gonios, что означает угол и метры, относящиеся к факту измерения. Отсюда же происходит гониометрия - наука об измерении углов.
Угловые величины являются важной частью таких дисциплин, как астрономия, геодезия, геология, медицина, минералогия, архитектура, инженерия и многие другие. Высота, расстояния, силы и многочисленные физические свойства связаны с углами, поэтому их измерение актуально.
Рисунок 1. Универсальный гониометр. Источник: Ф. Сапата,
история
В древности у кого-то была идея разделить окружность на 360 равных частей, называемых градусами. Но только в 1538 году голландский врач Ренье Джемма Фризиус впервые разработал гониометр - инструмент, полученный на основе астролябии (устройство, используемое для измерения высоты или углубления объекта).
Поскольку угол определяется как область между двумя лучами с общей точкой, которая может быть центром указанного круга, одним из способов определения размера этой области является использование градуированного круга.
Таким образом, базовая конструкция представляет собой плоский круг с градуировкой по шкале 360 ° или полукруг с шагом 180 °. Если придерживаться определения, простой пластиковый транспортир, вроде тех, что используют в школе, - это очень простой гониометр.
Транспортир может измерять углы на плоской поверхности, например на листе бумаги или доске. Так что диапазон его движения довольно ограничен.
Гониометр сложнее простого транспортира. Некоторые из них оснащены верньером для большей точности измерения и линейками для измерения расстояний. У них также есть ручки, чтобы размещать их на неплоских поверхностях.
Вот почему существует множество разновидностей гониометров, использование которых зависит от области, в которой вы используете. Что касается производственных материалов, они обычно легкие и прочные, например пластик, легированная сталь и алюминий.
Для чего нужен гониометр?
Как мы уже говорили, гониометр используется для измерения углов в самых разных ситуациях, например, углов, образованных суставами тела, которые указывают на их подвижность. Точно так же в строительстве необходимо измерить углы потолков, стен, дверей и множества элементов.
Это, чтобы упомянуть только несколько приложений, так как они почти бесконечны, поскольку углы являются вездесущими сущностями во всем, что нас окружает.
Шестидесятеричная система
Шестидесятеричная система состоит из деления окружности на 360 равных частей, называемых градусами (º). В свою очередь, каждый градус делится на минуты (´), а одна минута делится на 60 секунд (´´).
Эта система применяется к углам и также хорошо известна как мера времени. В дальнейшем мы будем относиться исключительно к углам.
Когда угол выражается в градусах, минутах и секундах, говорят, что он выражается комплексно. Но если вы решите оставить все в градусах и долях градуса, тогда это простая мера.
Например, угол, который составляет 25º 38´ 12´´, является сложной мерой, но тот же угол в простой мере равен 25,64º. Большинство научных калькуляторов быстро преобразуют один в другой.
части
Простой или традиционный гониометр
Простой гониометр, подобный показанному на следующей схеме, состоит из:
- Полукруглая часть с градуированной шкалой от 0 до 180 °.
- Корпус, кусок, занимающий диаметр, на котором опирается полукруг со шкалой.
- Лист, который заканчивается индикаторной стрелкой для чтения.
Рисунок 2. Детали базового гониометра. Источник: Ф. Сапата.
Прецизионный гониометр
Более сложной версией является прецизионный гониометр, который имеет скользящую линейку, прикрепленную к шарнирному рычагу гониометра.
Шарнирно-сочлененный рычаг устанавливается на вращающийся диск, который содержит нониус или нониус, и вращается на неподвижном диске, на котором основная шкала градуирована с шагом 1º.
К неподвижному диску прикреплена фиксированная линейка, имеющая контрольную поверхность, на которой поддерживается измеряемая деталь.
Рисунок 3. Прецизионный гониометр и его части. Источник: Ф. Сапата.
Функционирование
У всех разновидностей гониометров принцип работы одинаковый, посмотрим:
Нониус, установленный на вращающемся диске, имеет шкалу с градуировкой вправо и влево, что позволяет производить измерения как по часовой, так и против часовой стрелки.
Следует отметить, что разрешение или оценка этого типа гониометра составляет 5 угловых минут, что численно будет показано позже.
В центре гониометра находится винт, который служит одновременно осью вращения и фиксатором углового положения. Некоторые прецизионные гониометры имеют дополнительное колесо для контроля точного поворота, чтобы его можно было более точно отрегулировать по измеряемой детали.
Указанная фигура помещается между переменным правилом и фиксированным правилом или квадратом. И гониометр, и уже установленную деталь просвечивают, чтобы убедиться, что посадка идеальна.
Как только исчезнет световой путь между деталью и контрольной поверхностью линейки или угольника, положение фиксируется фиксатором шарнира или фиксирующим винтом. Наконец, выполняется измерение, этапы которого подробно описаны ниже:
Как используется гониометр?
Для использования гониометра объект, угол наклона которого должен быть измерен, заклинивают между листом и диском гониометра, как показано на рис. 4. Здесь измеряемый угол отмечен фуксией.
Рисунок 4. Как измерить угол с помощью обычного гониометра. источник: Ф. Сапата.
Зеленые и синие параллели проведены по изображению, чтобы направлять читателя. Угол фуксии противоположен вершиной желтому углу. Когда у вас есть противоположные углы через вершину, они измеряются одинаково.
Угол желтого цвета равен углу оранжевого, поскольку он находится между зеленой и синей линиями, которые параллельны. Убедившись в этом, немедленно производят считывание, наблюдая за индикатором на листе.
Угол измеряемой детали является острым, и отсчет производится слева направо. На увеличенном изображении они читаются как 48º.
Рисунок 5. Увеличенный вид меры. Источник: Ф. Сапата.
Конечно, показания можно проводить справа налево, так как для этого есть двойная шкала. Это так или иначе зависит от объекта измерения.
Ошибка признательности
Все измерительные приборы имеют отметку, которая представляет собой наименьшее деление на шкале, и любое измерение, выполненное с помощью гониометра или любого другого, всегда будет сопровождаться ошибкой.
Например, в только что рассмотренном простом гониометре наименьшее деление соответствует 1 градусу.
Максимальная погрешность, которую можно сделать при измерении с помощью этого гониометра, более или менее признательна. В соответствии с этим прочтение примера выражается как:
В общем, оценка такой шкалы рассчитывается путем выбора двух произвольных значений и подсчета количества делений между ними, например:
Показания точного гониометра
Прецизионный гониометр имеет нониус: вторую шкалу, расположенную на подвижном диске, которую можно перемещать под основной шкалой. Верньер позволяет получать более точные показания.
Как всегда, измерения с помощью основной шкалы выражаются в градусах и могут выполняться по часовой стрелке (слева направо) или против часовой стрелки (справа налево), в зависимости от удобства.
Считывание на основной шкале выполняется в соответствии с процедурой, описанной в предыдущем разделе. 0 нониуса в этом случае действует как индикатор.
Теперь мы переходим к окончательному чтению с нониусом, который дает нам протокол. Каждое деление эквивалентно 5´ (угловым минутам) и может читаться слева направо или справа налево.
Чтобы найти измерение, необходимо выбрать линию нониуса, которая наилучшим образом соответствует любой из линий фиксированной шкалы, и это будет доля в градусах, которую необходимо добавить, чтобы получить полное показание.
Чтение примера 1
В качестве примера рассмотрим чтение рисунка против часовой стрелки. 0 нониуса означает 64º (зеленая линия).
Рисунок 6. Пример чтения справа налево. Источник: Ф. Сапата.
Теперь давайте посмотрим на линию нониуса, которая лучше всего соответствует одной из основных линий. На рисунке он выделен фуксией. Он совпадает с номером 30 деления по нониусной шкале. Итак, наш угол измеряет:
Что касается оценки этого гониометра, то она зависит не только от основной шкалы, но и от верньера. Гониометры обычно имеют 12 или 24 нониуса деления на каждую половину. В примере - 12.
Он рассчитывается следующим образом:
В этом случае наименьшее деление составляет 1º = 60 ´, а деления - 12:
Следовательно, чтение сообщается таким образом:
Чтение примера 2
Теперь попробуем читать по часовой стрелке.
Рис. 7. Показания гониометра слева направо. Источник: Ф. Сапата.
0 нониуса совпадает с 42º (оранжевый цвет), тогда как деление нониуса, которое лучше всего совпадает с любым из делений на основной шкале (бирюзово-синий цвет), соответствует 20´. Следовательно, измеренный угол равен:
Читатель может задаться вопросом, что происходит, если ни одно деление не совпадает точно. Когда 0 нониуса находится посередине двух основных делений, деление, наиболее близкое к 0, принимается в качестве показания градуса. Остальные измерения выполняются, как уже было описано.
Выбор наиболее подходящего деления всегда остается за человеком, проводящим измерение. Два человека, выполняющие одно и то же измерение, могут не согласиться, но почти всегда при точном измерении.
Типы гониометров
Универсальный гониометр
Есть несколько дизайнов. Линейка, показанная на рисунке 8, состоит из двух повернутых металлических или пластиковых линейок, которые вращаются вместе, образуя градуированный полукруг. Объект, угол которого необходимо измерить, помещается между линейками и считывается с градуированного полукруга.
Показанный гониометр широко используется для определения диапазона движения сустава или расстояния, на которое сустав проходит от своего естественного положения до максимального движения.
Рисунок 8. Гониометр из тех, что используются в медицине для измерения способности суставов двигаться. Источник: Wikimedia Commons. Источник: Voxymoron
Electrogoniometers
Это прибор, преобразующий измеряемый угол в электрический импульс. Он широко используется для измерения диапазона движений суставов.
Пузырьковый гониометр
Как следует из названия, у него есть выравнивающий пузырек, обычно расположенный на конце одного из рычагов. Поскольку при выполнении многих измерений необходимо выровнять этот рычаг по горизонтали, это позволяет получать более надежные показания.
Ссылки
- Калдуч, Э. Лабораторная практика. Технологии производства. Университет Каталонии. 20-22.
- Как это работает. Как работает гониометр. Получено с: como-funciona.co.
- Диас дель Кастильо, Ф. Метрология измерений. НАУ. Куаутитланский факультет высшего образования. Получено с: olimpia.cuautitlan2.unam.mx.
- 4) Британская энциклопедия. Угломеры. Получено с: britannica.com
- Хунта де Андалусия. Метрология. Получено с: juntadeandalucia.es.
- Математические законы и формулы. Системы измерения углов. Получено с: ingemecanica.com.
- Угломеры. Получено с: google.com.