240 likes | 489 Views
Meranie fy z ik álnych veličín. 1. Veľké vzdialenosti František Kundracik. Rozsah vzdialeností, ktoré sme schopní merať. Ultrazvukový senzor. Pravítko, pásový meter Ultrazvukový senzor – dosah do niekoľkých metrov, vo vode kilometrov Meria sa doba príchodu odrazenej vlny
E N D
Meranie fyzikálnych veličín 1. Veľké vzdialenostiFrantišek Kundracik
Ultrazvukový senzor • Pravítko, pásový meter • Ultrazvukový senzor – dosah do niekoľkých metrov, vo vode kilometrov • Meria sa doba príchodu odrazenej vlny • Dobré rozlíšenie aj menej než 0,1mm vo vzduchu • Rýchlosť cca 100 m/s, frekvencia cca 1 MHz, l = 0,1mm
Laserový merač vzdialenosti • Podobne ako ultrazvukový, ale vysiela sa svetelný impulz • Rýchlosť svetla je obrovská, treba merať veľmi krátke časy a generovať svetelné pulzy s veľmi krátkymi hranami • Pomerne bežná technológia – 1Gbit = rozlíšenie 0,15 m, dá sa dosiahnuť až cca 1 cm, napríklad aj opakovaním meraní • Interferometria – obrovské rozlíšenie, ale vhodné iba pre meranie zmien • Modulácia svetla – keďže je to periodický dej, dá sa vyhodnotiť až 1/100 čela impulzu
GPS Jeden z dvoch bodov má obvykle nezmyselnú polohu (ďaleko od povrchu Zeme) alebo nezmyselnú rýchlosť
GPS • Meria sa doba príchodu pseudonáhodného signálu • Pseudonáhodný signál identifikuje satelit a súčasne umožňuje v prijímači „zosilnenie signálu“ korelačným filtrom – netreba veľké parabolické antény
GPS • Na satelitoch sú atómové hodiny • V príjímači nie sú také presné hodiny, napriek pravidelnému prijímaniu údaju o čase nemajú potrebnú stabilitu • Čas sa koriguje tak, aby sa priesečníky aj od štvrtého satelitu stretli v jednom bode
GPS • Poloha satelitov sa monitoruje pomocou pevných staníc GPS a ich poloha a rýchlosť sa upresňuje radarom • Efemeridy (parametre pre výpočet polohy satelitu) sa posielajú satelitom a tie ich vysielajú spolu s pseudonáhodným kódom
GPS • Korekcie chýb: • Atmosféra: • Modelovaním atmosféry podľa aktuálneho stavu počasia • Vysielaním na dvoch frekvenciách • Odrazy: • Prijímač chytá „duchov“, možno odstrániť sofistikovaným spracovaním signálu
Diferenciálny GPS • Relatívna vzdialenosť s presnosťou až 1cm!!!
Radar • Klasický radar: Meranie času potrebného na návrat odrazenej vlny • Dopplerovský radar: Frekvencia vysielaného žiarenia sa moduluje (napríklad lineárne mení s časom). Rozdiel frekvencií medzi vysielaným a prijímaným signálom je úmerný vzdialenosti • Meranie zmeny frekvencie je omnoho presnejšie a citlivejšie • Meranie vzdialeností telies slnečnej sústavy s vysokou presnosťou, AU = 150 mil.km´, t.j. cca 1011 m
Radar • Meranie rýchlosti: Dopplerov jav – odrazený signál má zmenenú frekvenciu, zmena je úmerná rýchlosti objektu
Radarové pseudofotografie • Na jednu os: zmena frekvencie • Na druhú os: časové oneskorenie • Získať skutočný tvar je zložité a vyžaduje numerické simulácie
Paralaxa • Paralaxa Mesiaca – pri jeho pozorovaní z rôznych miest Zeme • Paralaxa Marsu – prvé odhady rozmerov Slnečnej sústavy • Paralaxa hviezd – pri pohybe Zeme po obežnej dráhe
Paralaxa • Paralaxa hviezd je veľmi malá, menej než jedna oblúková sekunda, vadí najmä chvenie atmosféry, nie sme schopní zo Zeme zmerať menej než 0,01 arcsec • Prvá paralaxa – 1838 Bessel, 61 Cygni • Proxima Centauri – 0,76’’ • 1 parsec = vzdialenosť, z ktorej je paralaxa 1 oblúková sekunda, 1 parsec = 3,26 ly = cca 200000 AU = 3.1016 m • Paralaxy sme schopní merať zo Zeme do cca 300 ly • Hipparchos – 120000 hviezd do 1600 ly, paralaxa 0,001 arcsec
Herzsprungov-Russelov diagram Počas bežného života hviezdy je známy vzťah medzi absolútmou jasnosťou a teplotou Čím je hviezda hmotnejšia, tým viac energie v jadre spáli, tým viac energie vyžiari a tým je horúcejšia Zo zdanlivej jasnosti vieme určiť vzdialenosť
Cepheidy • Je to typ premenných hviezd v pokročilom štádiu vývoja • Možno ich nájsť aj v najbližších galaxiách a tak zmerať ich vzdialenosť (Hubble) • Závislosť nájdená pozorovaním cepheíd v Magalanovom mračne (všetky sú približne rovnako vzdialené)
Rotácia galaxií • Empirický vzťah medzi absolútnou jasnosťou galaxií a rýchlosťou ich rotácie • Rýchlosť rotácie sa prejavuje v dopplerovskom rozšírení spektrálnych čiar
Supernovy typu Ia • Binárne systémy s bielym trpaslíkom • Biely trpaslík naberá hmotu od suseda • Po dosiahnutí Chandrasekharovej medze skolabuje, začne horieť uhlík v jadre a hviezda exploduje • Všetky supernovy Ia sú vlastne identické, majú rovnaký priebeh jasnosti
Hubblov zákon • Expanzia vesmíru – Dopplerovský červený posun. • Hubblova konštanta: 70(km/s)/Mpc