Акселерометр: что это такое и как им определять наклон тела
Акселерометр — это прибор, позволяющий измерять ускорение тела под действием внешних сил. Схематически, этот прибор можно изобразить в виде массивного тела, которое способно передвигаться вдоль некоторой оси и соединено с корпусом пружинами. Смещение тела относительно центра оси можно измерить с помощью механической стрелки, как показано на рисунке.
В состоянии покоя тело находится на равном удалении от стенок прибора и стрелка указывает на середину шкалы. Если весь прибор толкнуть вправо (кадр B), то груз сместится по оси влево до момента, когда сила растянутой пружины уравновесит внешнюю силу. В этот момент, стрелка повернется и укажет на некоторое значение на шкале. Чем больше внешняя сила, тем дальше смещается груз, тем большее значение показывает стрелка. Когда сила перестанет действовать на тело, груз вернется на прежнее положение и прибор покажет на нулевое значение шкалы.
1. Электронный МЭМС-акселерометр
Разумеется, внешний вид современного акселерометра отличается от этой простой модели с пружинками, но не сильно.
Как и прежде, для измерения ускорения нам требуется какое-то массивное тело, которое будет скользить по направляющей и удерживаться в нейтральном положении пружинками. При этом, всё это должно быть очень миниатюрным, чтобы поместиться в тот же смартфон.
На помощь приходит технология МЭМС (микроэлектромеханические системы). С помощью МЭМС удаётся выращивать механический акселерометр на кремниевой подложке таким же методом, которым создаются и обычные микросхемы.
Так выглядит МЭМС акселерометр на снимке, полученном при помощи микроскопа. Схема работы такого прибора представлена ниже.
Чтобы измерить смещение массивного тела вдоль оси прибора здесь применяется дифференциальный конденсатор. В состоянии покоя, расстояния между центральным электродом и двумя обкладками конденсатора (выделены оранжевым цветом) равны. При воздействии силы эти расстояния меняются, что в дальнейшем фиксируется специальной аналоговой измерительной системой.
Современные акселерометры имеют в своем составе сразу три измерительные оси, направленные перпендикулярно друг к другу.
Это позволяет измерять ускорение тела в любом направлении.
2. Измерение углов наклона с помощью акселерометра
Все современные смартфоны умеют определять угол своего наклона относительно горизонта. Эта функция используется для автоматического поворота экрана, а также в различных играх, где управление происходит при помощи наклона. И всё это благодаря акселерометру. Но как устройство, определяющее ускорение, может помочь вычислить угол наклона?
Дело в том, что на акселерометр, как и на все тела на этой планете, действует сила гравитации. Эта сила придаёт телам ускорение когда они падают на землю. Повернем акселерометр так, чтобы его ось оказалась в вертикальном положении. В таких условиях груз сместится вниз, растянув при этом верхнюю пружину и сжав нижнюю. В этот момент акселерометр зафиксирует величину ускорения свободного падения — 9.8 м/с².
Попробуем использовать этот факт для вычисления угла наклона акселерометра относительно горизонта. Изобразим на схеме тело, на котором закреплен трёхосевой акселерометр.
Обозначим эти три оси как: Xт, Yт и Zт.
Затем повернём тело на угол a вокруг оси Xт относительно системы координат мира X, Y и Z. Предполагается, что ось мира Z направлена вдоль вектора силы гравитации (вверх), а оси X и Y вдоль горизонта. Мы смотрим на всю эту систему сбоку, так что оси мира — X и тела — Xт смотрят на нас, и мы их не видим.
В таком положении акселерометр, находящийся внутри тела зафиксирует проекции силы гравитации на все три оси: Gxт,Gyт,Gzт. При этом проекция Gxт на ось Xт будет равна нулю, так как эта ось расположена вдоль горизонта. Проекции Gyт (зеленый отрезок) и Gzт можно выразить с помощью теоремы о прямоугольном треугольнике:
Gyт = G * cos(b) [1] Gzт = G * sin(b) [2]
Таким образом, зная G и одну из проекций Gyт или Gzт можно вычислить угол b отклонения акселерометра от вектора гравитации Z (от вертикальной оси):
cos(b) = Gyт/G [3] b = arccos(Gyт/G) [4]
Делая такие вычисления, важно учитывать, что G и Gyт должны измеряться в одинаковых единицах.
Например, если мы преобразуем показания акселерометра к единицам гравитации (другими словами G = 1 — земная гравитация), то выражение для угла b примет вид:
b = arccos(Gyт/1) = arccos(Gyт) [5]
И напоследок, вычислим искомый угол a наклона тела относительно горизонта:
a = 90 - b = 90 - arccos(Gyт) [6]
Помним, что Gyт — это число, которое возвращает нам акселерометр.
К размышлению
Итак, мы выяснили, что одного лишь акселерометра вполне достаточно, чтобы вычислить угол наклона тела относительно горизонта. В следующем уроке мы рассмотрим конкретный пример работы с датчиком MPU6050 на Ардуино.
Однако, следует учитывать, что вычисление углов с помощью акселерометра возможно только тогда, когда прибор находится в состоянии покоя. Ведь если на прибор во время измерения подействует любая другая сила, акселерометр непременно её зафиксирует и тем самым внесет ошибку в расчеты.
Частично снять это вредное воздействие внешних сил можно с помощью фильтра низких частот, о котором мы уже рассказывали.
Можно пойти вообще по другому пути — использовать не акселерометр, а гироскоп. С помощью него тоже можно вычислять углы наклона. А самый правильный способ — объединить вместе показания разных датчиков, о чем можно узнать в статье про комплементарный фильтр.
Что такое акселерометр? Определение — Типы — Применение
Большинство современных устройств используют датчики для контроля и управления различными физическими величинами, такими как давление, температура, влажность, интенсивность света, направление и т.д. Один из таких датчиков, используемый для измерения ускорения устройств, называется датчиками акселерометра.
Когда-то давно вы бы нашли такие датчики только в современных машинах, таких как космические ракеты или реактивные самолеты. Теперь они есть практически в каждом смартфоне, ноутбуке, автомобиле и игровой консоли. Давайте копнем глубже и выясним, что это такое, как они работают, и для чего они используются?
Что такое акселерометр?
Определение: Акселерометр — это электромеханический инструмент, который измеряет ускорение (скорость изменения скорости).
Ускорение может быть статическим, как ускорение, вызванное гравитацией, или может быть динамическим, как движение и вибрации, вызванные внешним фактором.
Измеряя величину гравитационного ускорения, инструмент может вычислить угол, под которым он наклонен относительно Земли. Например, акселерометр, установленный на поверхности Земли, будет измерять ускорение 9,81 м / с2 в прямом направлении вверх.
Измеряя величину динамического ускорения, можно определить, насколько быстро и в каком направлении движется устройство. Например, трехосевой акселерометр может определять величину и направление (во всех трех осях) ускорения как векторную величину.
Цель
Акселерометры используются в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Они в основном используются в электронных устройствах для определения ориентации, ускорения координат, ударов и вибрации.
Акселерометры, встроенные в смартфоны, например, выясняют, когда переключать макет экрана с ландшафтного на портретный.
Данные, предоставляемые этими датчиками, могут помочь определить, идет ли устройство вверх или падает вниз.
Высокочувствительные акселерометры интегрированы в инерциальные навигационные системы ракет и реактивных двигателей. Беспилотные летательные аппараты также используют такие устройства для стабилизации полета.
Как работает акселерометр?
Механический акселерометр состоит из пружины, прикрепленной массой. Эта пружина обычно подвешивается внутри наружного корпуса. Когда все устройство ускоряется, корпус сразу же движется в том же направлении. Масса, однако, остается в своем положении (на короткое время), растягивая пружину с силой, соответствующей ускорению.
Принцип работы механического акселерометра
Измеряя длину пружины растяжения, мы можем определить ускорение. Это может быть сделано различными способами. Сейсмометр, например, использует тот же принцип для измерения землетрясений.
Когда происходит землетрясение, он трясет корпус сейсмометра, но масса движется дольше.
К массе прикрепляется ручка, чтобы проследить ее движение на бумажном графике.
Современные акселерометры генерируют электрические или магнитные сигналы вместо того, чтобы использовать след от ручки на бумаге.
Самые распространенные типы акселерометров
Большинство коммерческих устройств оснащены емкостными, пьезорезистивными и пьезоэлектрическими приборами для преобразования механического движения в электрический сигнал.
1. Пьезоэлектрические акселерометры используют пьезоэлектрический эффект определенных материалов для измерения ускорения, вибрации или механического удара. Эти материалы накапливают электрический заряд (пьезоэлектричество) в ответ на приложенное механическое напряжение.
Принцип работы пьезоэлектрического акселерометра
К массе прикрепляется пьезоэлектрический материал, например, цирконат-титанат свинца. При движении акселерометра масса оказывает механическое давление на этот материал. В результате этого материал вырабатывает крошечное электрическое напряжение, которое можно расшифровать, чтобы вычислить соответствующее ускорение.
2. Пьезорезистивные акселерометры работают по аналогичному принципу. Они используют изменение сопротивления пьезорезистивных материалов для преобразования механического напряжения в выходное напряжение постоянного тока. Эти типы акселерометров подходят для измерений удара, где уровень g и диапазон частот значительно высоки.
Endevco 727 | легкий пьезорезистивный акселерометр, идеально подходящий для измерения удара при испытаниях на падение
Пьезоэлектрические компоненты, напротив, не имеют себе равных по высокотемпературному диапазону и малому весу в упаковке.
3. Емкостные акселерометры основаны на изменении электрической емкости в ответ на ускорение. Они содержат два компонента: первичную (стационарную) пластину, прикрепленную к корпусу, и вторичную пластину, соединенную с массой, которая свободно перемещается внутри корпуса.
Емкость изменяется с расстоянием между двумя металлическими пластинами, и, измеряя емкость, можно определить приложенное ускорение.
Эти типы акселерометров могут измерять постоянное, а также медленное переходное и периодическое ускорение.
Трехосный емкостный акселерометр
Современные акселерометры бывают всех трех форм. Они часто представляют собой микроэлектромеханические системы (MEMS), содержащие несколько компонентов, каждый размером от 1 до 100 микрометров. Акселерометры, встроенные в планшеты и смартфоны, обычно имеют площадь менее 100 миллиметров.
Микромеханический акселерометр чувствителен только к одному направлению в плоскости. Двухосевой акселерометр построен путем интеграции двух устройств перпендикулярно, а трехосный акселерометр может быть сделан путем добавления другого устройства вне плоскости. Интегрированный модуль может быть гораздо более точным, чем три отдельных устройства, объединенные после упаковки.
Для достижения сверхвысокой чувствительности можно использовать квантовое туннелирование. Однако этот процесс является чрезвычайно сложным и дорогостоящим.
С помощью существующих технологий мы можем измерять ускорения до тысяч g.
Инженерам и производителям приходится идти на компромисс между максимальным измеряемым ускорением и чувствительностью устройства.
Применение
Акселерометры используются в различных областях, от инженерной и бытовой электроники до биологии и медицинских технологий. Ниже приведены наиболее часто используемые датчики акселерометров.
Навигация
Инерциальная навигационная система (также называемая инерциальной эталонной платформой) использует компьютер и акселерометры для непрерывного измерения местоположения, ориентации и скорости движущегося объекта без каких-либо внешних ориентиров.
Инженерия
Акселерометры широко используются для измерения вибрации на машинах, автомобильных двигателях и зданиях. В автомобильном секторе акселерометры с высоким значением g используются для обнаружения дорожно-транспортных происшествий и установки подушек безопасности в нужное время.
Они также используются для контроля работоспособности оборудования и регистрации вибрации вращающихся инструментов, таких как компрессоры, турбины, которые, если их не обслуживать, могут привести к дорогостоящему ремонту.
Некоторые акселерометры специально настроены (встроены в гравиметры) для измерения гравитационных сил.
В космических аппаратах акселерометры используются для обнаружения апсиса — точки на орбите спутника, в которой он наиболее удален от Земли.
Бытовая электроника
Они используются практически во всех ноутбуках, мобильных телефонах и камерах для определения положения и ориентации устройства и отображения контента в вертикальном положении на экранах. Игровые приставки, такие как пульт дистанционного управления PlayStation DualShock , используют трехосевой акселерометр, чтобы сделать рулевое управление более реалистичным в гоночных играх.
Многие производители ноутбуков используют акселерометры для защиты жестких дисков от повреждений. Если датчик обнаруживает внезапное падение, головки жесткого диска припаркованы, чтобы избежать повреждения диска и потери данных.
Биология и медицинское применение
В биологических науках все чаще используются акселерометры.
Данные, получаемые с помощью высокочувствительных трехосных акселерометров, позволяют ученым различать поведенческие модели животных, когда они находятся вне поля зрения.
Многие автоматические внешние дефибрилляторы содержат акселерометр для определения глубины сдавления грудной клетки СЛР.
Несколько компаний производят часы для спортсменов, которые состоят из акселерометров для измерения скорости и пройденных дистанций бегунов. Современные будильники фазы сна также интегрированы с акселерометрическими датчиками, так что они могут обнаружить движение спящего и разбудить человека в цикле не-быстрого сна.
ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- ДОБРАТЬСЯ К ЧОППА
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
Комплект разработки Neutis
20 в наличии
DEV-14972
239 долларов США.
95
Избранное
Любимый
7
Список желаний
МИКРОЭ DMX Click
Нет в наличии
DEV-19452
35,95 $
Избранное
Любимый
0
Список желаний
Shapeoko Pro Standard, без роутера
В наличии
ТОЛ-19740
2400,00 $
Избранное
Любимый
0
Список желаний
МИКРОЭ Давление 7 Нажмите
Нет в наличии
SEN-19903
49,95 $
Избранное
Любимый
0
Список желаний
Основные датчики
5 августа 2022 г.
Теперь доступна новая версия нашего комплекта датчиков Essential Sensor вместе с двумя новыми комплектами PIR Breakout Kit!
Избранное
Любимый
0
С Днем национального радио!
20 августа 2022 г.
Сегодня Национальный день радио, и у нас есть масса интересной информации для вас о радио, а также некоторые из наших собственных радиотюнеров в продаже!
Избранное
Любимый
1
Учебное пособие по SPI и I2C для Raspberry Pi
29 октября 2015 г.
Узнайте, как использовать последовательные шины I2C и SPI на Raspberry Pi с помощью библиотеки ввода-вывода wirePi для C/C++ и spidev/smbus для Python.
Избранное
Любимый
23
Руководство по подключению джойстика для большого пальца
20 февраля 2019 г.
Если вы стреляете в инопланетян, управляете роботом или пишете свою потрясающую классическую аркадную игру для Arduino, аналоговый джойстик для большого пальца станет для вас очень полезным дополнением к вашим проектам!
Избранное
Любимый
4
Техническое примечание по акселерометру
Справочные материалы
Следующая информация предназначена для дополнения руководства Science Buddies по использованию опций датчика акселерометра в приложении Google Science Journal. Этот ресурс содержит более подробное объяснение науки об акселерометре и параметрах X, Y, Z и линейного акселерометра в приложении.
Что такое акселерометр?
Акселерометр — это устройство, измеряющее ускорение, которое представляет собой изменение скорости объекта в секунду. Поскольку скорость измеряется в метрах в секунду (м/с), ускорение измеряется в метрах в секунду в секунду, что записывается как метры в секунду в квадрате (м/с 2 ).
Технически, акселерометр измеряет собственных ускорений , что не совпадает с ускорением по координате . Это означает, что акселерометр можно использовать для определения направления силы тяжести. Этот ресурс объяснит, что это значит более подробно.
Как приложение «Научный журнал» использует акселерометр?
В телефоне есть встроенный акселерометр, который используется в приложении Google Science Journal. Чтобы использовать акселерометр в приложении, вам нужно выбрать датчик акселерометра, который вы хотите использовать, исходя из того, что вы измеряете, и направления, в котором телефон будет двигаться или наклоняться в рамках эксперимента. Приложение «Научный журнал» включает отдельные датчики для акселерометра X, акселерометра Y, акселерометра Z и линейного акселерометра. Дополнительные сведения об использовании датчиков акселерометра в приложении Science Journal см. в разделе Изучение ускорения с помощью приложения Sensor.
Что означает, что акселерометр «обнаруживает гравитацию»? Как может быть ненулевое значение ускорения, даже если телефон не движется?
Представьте, что вы держите линейку за один конец так, чтобы он был параллелен земле.
Линейка слегка согнется под собственным весом, как показано на рис. 1.:
Теперь представьте, что вы держите линейку в воздухе вертикально вверх (ваша рука внизу). Сначала линейка будет прямой. Но если быстро отвести руку в сторону, то свободный конец линейки согнется, как показано на рис. 2.:
В обоих случаях линейка изгибается. В одном случае она изгибается под действием силы тяжести (собственный вес линейки тянет ее вниз). В другом случае он изгибается из-за изменения скорости.
Теперь представьте, что роняет линейку — держите ее перед собой и отпускаете. В этом случае линейка упадет, но совершенно не согнется.
Теперь представьте, что вы каким-то образом можете измерить, насколько сильно изгибается линейка, но у вас нет никакой другой информации о том, движется линейка или нет. Глядя только на данные, можете ли вы сказать, изгибалась ли линейка из-за наличия гравитации или из-за того, что ее скорость изменялась? Оказывается, нельзя! Хотите верьте, хотите нет, но вы только что узнали о принципе эквивалентности общей теории относительности Эйнштейна.
Невозможно сказать (только по данным), изогнулась ли линейка из-за гравитации или из-за того, что ее скорость изменилась.
Хотя их механическая структура немного сложнее простой линейки, акселерометры работают точно так же. Они состоят из частей, которые изгибаются или деформируются, когда они ускоряют и , когда на них действует гравитация. 3-осевой акселерометр в вашем телефоне имеет три таких структуры, расположенных перпендикулярно друг другу, что позволяет измерять в направлениях X, Y и Z отдельно. Деформация этих структур измеряется электрически. Основываясь только на этих электрических показаниях, невозможно сказать, вызвана ли деформация наличием силы тяжести (рис. 1 выше), изменением скорости (рис. 2 выше) или комбинацией того и другого. Технически это называется «собственным ускорением» (в отличие от «координатного ускорения», которое представляет собой чистое изменение скорости объекта в фиксированной системе координат, не включая никаких эффектов гравитации).
Но поскольку гравитация направлена вниз, разве Z-акселерометр не должен показывать
отрицательное значение 9,8 м/с 2 , когда телефон лежит на столе лицевой стороной вверх?
Собственное ускорение (обсуждаемое в ответе на предыдущий вопрос) определяется как ускорение относительно объекта в свободном падении . Представьте, что у вас есть два телефона: один лежит на столе, а другой вы роняете (притворитесь, что вы можете бросить его так, чтобы он остался лицевой стороной вверх). Телефон, который вы уроните, покажет нулевое ускорение в направлении Z (поскольку он находится в свободном падении, «линейка» не изгибается, как на рис. 3 выше). Телефон который на столе сидит неподвижно относительно вы , но относительно падающего телефона он ускоряется «вверх» со скоростью 9,8 м/с 2 . Поскольку научный журнал определяет положительное направление Z как направление от экрана телефона, приложение будет отображать положительное значение 9,8 м/с 2 .
Если вы перевернете телефон вверх дном (так, чтобы отрицательное направление Z было направлено вверх), то на нем отобразится отрицательное значение 9,8 м/с 2 . (Чтобы увидеть это в действии, см. образец графика в учебном пособии Изучение ускорения с помощью приложения Sensor.)
Если сила тяжести влияет на показания акселерометра, то как линейный акселерометр сообщает об ускорении без учета силы тяжести?
Выше мы объяснили, что если у вас нет другой информации , то невозможно определить разницу между гравитацией и изменением скорости с помощью акселерометра. Однако у вашего телефона есть козырь в рукаве. Он также содержит магнитометр , устройство, измеряющее магнитные поля. Магнитометр помогает телефону определить, в каком направлении находится «вниз», сначала выясняя, в какую сторону указывает магнитное поле Земли. Как только телефон узнает, какой путь вниз, он может вычесть эффект гравитации из показаний акселерометра. Вот почему линейный акселерометр показывает 0 м/с 2 , когда вы кладете телефон на стол.
Несмотря на то, что ускорение составляет 9,8 м/с 2 в направлении Z, телефон знает, что ось Z направлена вверх (перпендикулярно земле), поэтому он вычитает это значение перед вычислением линейного ускорения.
Почему значения линейного акселерометра никогда не бывают отрицательными?
Вас может сбить с толку тот факт, что значения линейного акселерометра всегда остаются положительными, даже когда телефон «тормозит» или меняет направление. Разве ускорение не должно быть отрицательным, когда это происходит? Короткий ответ заключается в том, что линейное ускорение равно звездная величина объединенных ускорений X, Y и Z, исключая гравитацию. Ускорение — это вектор , который подобен стреле в пространстве, идущей из одной точки в другую. Вектор имеет как величину (длину), так и направление. Величина вектора всегда положительна , независимо от того, в какую сторону указывает вектор (точно так же, как длина объекта всегда положительна, независимо от того, как вы вращаете объект).
Если это объяснение вас удовлетворило, отлично! Если нет, продолжайте читать, чтобы узнать немного больше о векторах.
Когда мы рисуем векторы, мы изображаем их стрелками. Этот вектор идет из точки A в точку B. Чтобы упростить запись, мы можем просто назвать его «вектором AB»:
Два или более вектора могут быть объединены в один эквивалентный вектор. Например, здесь вектор, идущий от A к B (вектор AB), может быть объединен с вектором BC, чтобы сформировать эквивалентный вектор AC:
Ускорения X, Y и Z — это все векторы, которые определены вдоль определенной оси. . Эти оси имеют четко определенные положительные и отрицательные направления. Например, когда вы смотрите на экран своего телефона, положительный Y находится вверху, отрицательный Y — внизу, положительный X — справа, а отрицательный X — слева. По отдельности эти значения могут быть как положительными, так и отрицательными (где «положительное» означает, что вектор указывает в положительном направлении, а «отрицательное» означает, что вектор указывает в отрицательном направлении).
Например, красная и зеленая стрелки здесь показывают ускорение по оси X, равное +4 м/с 2 и ускорение по оси Y -3 м/с 2 соответственно:
Эти два вектора ускорения можно объединить, соединив их встык (как на рис. 5), чтобы сформировать один эквивалентный вектор ускорения, показанный фиолетовым цветом. . ( Примечание : мы не учитываем ускорение по оси Z, чтобы эти рисунки были двумерными и чтобы их было легче отслеживать):
Однако невозможно сказать, является ли этот вектор «положительным» или «отрицательным». Он указывает вдоль положительной оси X, но отрицательной оси Y. Мы все еще можем измерить длина вектора, который всегда положителен, независимо от того, в какую сторону он указывает. Вот почему значения линейного ускорения всегда положительны — линейный акселерометр измеряет длину объединенных векторов ускорения X, Y и Z (после вычитания гравитации, которая также является вектором).
Вы также можете объяснить это, используя немного математики.
Изображение векторов AB, BC и AC (показанное на рис. 5) кажется вам знакомым? Если вы узнали о теореме Пифагора в школе, вы должны распознать в ней прямоугольный треугольник. Если вы знаете длины любых двух сторон треугольника, вы можете вычислить длину третьей стороны, используя это уравнение:
[Включите JavaScript для просмотра уравнения]
Вы можете изменить это уравнение, чтобы найти длину гипотенузы (наибольшей стороны), если вы знаете длины двух других сторон:
[Включите JavaScript для просмотра уравнения ]
Поскольку квадрат действительного числа всегда положителен, то согласно этому уравнению c всегда будет положительным, даже если a или b (или оба) отрицательны. Та же концепция применяется в трех измерениях для ускорений X, Y и Z.
Всегда ли положительное значение ускорения означает, что телефон «ускоряется»? Всегда ли отрицательное значение ускорения означает, что телефон «тормозит»?
Короткий ответ: «не обязательно».
При интерпретации данных с акселерометра вы должны быть осторожны с такими фразами, как «ускорение» и «замедление», или такими словами, как «ускорение» и «замедление». Во-первых, как описано в предыдущем вопросе, значение линейного ускорения всегда положительное, даже если телефон «тормозит». И, как описано ранее, в зависимости от ориентации телефона акселерометры X, Y и Z могут иметь ненулевое значение ускорения из-за силы тяжести, даже если скорость телефона не меняется. Однако даже при использовании акселерометров X, Y и Z и тщательном управлении ориентацией телефона вы должны быть осторожны с соглашением о знаках (определение положительного и отрицательного направления) для ускорения и того, как вы его описываете. .
Чтобы показать это, положите телефон на пол и откройте Y-датчик акселерометра. Начните запись, а затем толкните телефон в положительном направлении Y. Пусть он скользит, пока не остановится. Затем остановите запись. Вы должны увидеть что-то вроде этого:
В первой части графика наблюдается положительное ускорение, когда вы толкаете телефон.
За это время его скорость увеличивается. На повседневном языке мы бы сказали, что это «ускоряет» или «ускоряет». Во второй части графика показано отрицательное ускорение, когда телефон останавливается. На повседневном языке мы бы сказали, что он «тормозит» или «замедлит».
Теперь попробуйте то же самое, но на этот раз переверните телефон, чтобы толкнуть его в отрицательном направлении Y. Ваш график должен выглядеть примерно так:
На этот раз график перевернут. Сначала происходит отрицательное ускорение , когда вы толкаете телефон, а затем положительное ускорение , когда телефон останавливается. Однако, несмотря на то, что он имеет отрицательное ускорение, вы не скажете, что телефон «тормозится» или «тормозит», когда вы нажимаете на него, или, наоборот, даже если он имеет положительное ускорение, что он «ускоряется» или «ускорение», когда оно останавливается. Внезапно повседневный язык, который мы используем, говоря о скорости и ускорении, становится запутанным.
Если вы предполагаете, что «отрицательное ускорение» означает «замедление», то ваша интерпретация графика может быть неверной.
Проблема возникает из-за важного различия между словами скорость и скорость . В повседневном языке мы часто используем их взаимозаменяемо. Однако в физике скорость — это вектор, а скорость — это величина этого вектора (если что-то непонятно, просмотрите раздел о векторах). Когда речь идет о скорости только в одном направлении, это означает, что скорость может быть положительной или отрицательной, но скорость всегда положительна (другими словами, скорость является абсолютным значением скорости). Когда мы говорим, что что-то «ускоряется» или «ускоряется», мы обычно имеем в виду, что это скорость увеличивается или что скорость отдаляется от нуля (либо в положительном, либо в отрицательном направлении). Это значение становится очевидным, когда скорость становится «более положительной» (например, изменяется с +10 м/с до +15 м/с), потому что ускорение или изменение скорости является положительным.
Однако возникает путаница, когда скорость становится «более отрицательной» (например, меняется с -10 м/с на -15 м/с). В то время как скорость объекта уменьшается на , скорость (абсолютное значение скорости) увеличение . Таким образом, даже если ускорение отрицательное, вы все равно можете сказать, что объект «ускоряется». И наоборот, когда скорость объекта становится «менее отрицательной» (например, изменяется с -15 м/с до -10 м/с), он имеет положительное ускорение, но его скорость уменьшается, поэтому можно сказать, что он «замедляется». вниз.»
Итак, будьте осторожны при интерпретации графиков ускорения из ваших экспериментов и убедитесь, что вы учитываете, в каком направлении указывал ваш телефон! Вы должны быть особенно осторожны при выполнении любого эксперимента, в котором телефон движется вперед и назад (например, прикреплен к маятнику, колеблющейся пружине или движущемуся человеку), поскольку скорость и ускорение телефона изменятся с положительного на отрицательный.