GONIOMETER: HISTORIK, DELAR, DRIFT, ANVÄNDNING, TYPER - FYSISK - 2025

Den goniometer är den anordning som används för att mäta vinklar som bildas av två bilder. Namnet kommer från två grekiska ord: gonios, som betyder vinkel och meter, med hänvisning till mätning. Därifrån härrör också goniometri, som är vetenskapen för att mäta vinklar.

Vinkelmängder är en viktig del av discipliner som astronomi, kartläggning, geologi, medicin, mineralogi, arkitektur, teknik och många fler. Höjder, avstånd, krafter och många fysiska egenskaper har vinklar involverade, så deras mätning är relevant.

Bild 1. Universal goniometer. Källa: F. Zapata,

Historia

I gamla tider hade någon idén att dela omkretsen i 360 lika delar, kallad grader. Men det var inte förrän 1538 som den holländska läkaren Regnier Gemma Frisius först utvecklade en goniometer, ett instrument härrörande från astrolabe (en anordning som används för att mäta höjder eller fördjupningar av ett objekt).

Eftersom en vinkel definieras som området mellan två strålar med en gemensam punkt, som kan vara centrum för nämnda cirkel, är ett sätt att bestämma måttet på det området genom att använda en graderad cirkel.

Så den grundläggande designen är en platt cirkel, graderad på en skala från 360 eller en halv cirkel, med 180º. En enkel plast-gradskiva, som de som används i skolan, är en mycket grundläggande goniometer om vi håller oss till definitionen.

Graden är i stånd att mäta vinklar på en plan yta, t.ex. ett papper eller ett skiva. Så dess rörelseområde är ganska begränsad.

Goniometern är mer sofistikerad än en enkel gradskiva. Vissa har en vernier för större precision i mätningen och linjaler för att mäta avstånd. De har också armar för att placera dem på icke-platta ytor.

Det är därför det finns många sorter av goniometrar, användningen beror på det område du använder. När det gäller tillverkningsmaterial är de i allmänhet lätta och starka, såsom plast, legerat stål och aluminium.

Vad är goniometern för?

Som vi har sagt används goniometern för att mäta vinklar i en mängd olika situationer, till exempel de vinklar som görs av lederna i kroppen, vilket indikerar deras rörlighet. På liknande sätt är det i konstruktionen nödvändigt att mäta vinklarna i tak, väggar, dörrar och en mängd element.

Detta för att bara nämna några applikationer, eftersom de nästan är oändliga, eftersom vinklar är allmänt förekommande enheter i allt som omger oss.

Sexagesimala system

Det sexagesimala systemet består av att dela omkretsen i 360 lika delar som kallas grader (º). I sin tur delas varje grad upp i minuter (´) och en minut delas in i 60 sekunder (´´).

Detta system gäller vinklar och är också mycket bekant som ett mått på tiden. I det följande kommer vi enbart att hänvisa till vinklar.

När en vinkel uttrycks i grader, minuter och sekunder sägs den uttryckas i komplex mått. Men om du väljer att lämna allt i grader och bråkdelar av en grad, är det en enkel åtgärd.

Till exempel är en vinkel som mäter 25º 38´ 12´´ i komplexa mått, men samma vinkel i enkel mått är 25,64º. De flesta vetenskapliga kalkylatorer konverterar snabbt från en till en annan.

Delar

Enkel eller traditionell goniometer

En enkel goniometer som den som visas i följande diagram består av:

- En halvcirkelformad del som innehåller den graderade skalan från 0 till 180º.

- Kroppen, en bit som upptar en diameter, på vilken halvcirkeln med skalan vilar.

- Arket som slutar i en indikatornål för avläsning.

Bild 2. Delar av en grundläggande goniometer. Källa: F. Zapata.

Precisions Goniometer

En mer sofistikerad version är precisionsgoniometern, som har en glidregel fäst vid den ledade armen på goniometern.

Den ledade armen går på den roterande skivan, som innehåller en vernier eller vernier, och roterar på den fasta skivan som har huvudskalan graderad i 1º enheter.

Den fasta linjalen är fäst vid den fasta disken, som har en referensyta där den del som ska mätas stöds.

Bild 3. Precisionsgoniometer och dess delar. Källa: F. Zapata.

fungerande

Alla varianter av goniometer har samma funktionsprincip, låt oss se:

Vernieren, som går på den roterande skivan, har en skala graderad till höger och vänster, vilket gör att mätningar kan göras både medurs och moturs.

Det bör noteras att upplösningen eller uppskattningen av denna typ av goniometer är 5 min båge, vilket visas numeriskt senare.

I mitten av goniometern finns en skruv som fungerar både som rotationsaxel och fixerare för vinkelläget. Vissa precisionsgoniometrar har ett extra hjul för att styra den fina svängen, så att den kan justeras mer exakt till den del som ska mätas.

Nämnda stycke är placerat mellan variabelregeln och den fasta regeln eller kvadratet. Både goniometern och den redan positionerade delen är tända för att säkerställa att passformen är perfekt.

När någon passering av ljus mellan stycket och referensytan på linjalen eller fyrkanten har försvunnit, fixeras positionen med ledhjulsfixatorn eller fixeringsskruven. Slutligen utförs mätningen, vars steg beskrivs nedan:

Hur används goniometern?

För att använda goniometern kilas objektet vars lutningsvinkel ska mätas mellan arket och skivan på goniometern, som visas i figur 4. Vinkeln som ska mätas har markerats där i fuchsia.

Bild 4. Hur man mäter en vinkel med en grundläggande goniometer. källa: F. Zapata.

Gröna och blå paralleller har dragits över bilden för att vägleda läsaren. Fuchsiavinkeln är motsatt av toppunkten till den gula vinkeln. När du har motsatta vinklar genom toppmåttet, mäter de samma.

Vinkeln i gult mäter samma som den orange, eftersom de är mellan de gröna och blå linjerna, som är parallella. När du är övertygad om detta görs läsningen omedelbart genom att observera indikatorn på arket.

Vinkeln på det stycke som ska mätas är en spetsig vinkel och avläsningen görs från vänster till höger. I den förstorade bilden läste de 48º.

Bild 5. Förstorad vy över åtgärden. Källa: F. Zapata.

Naturligtvis kan avläsningar göras från höger till vänster, eftersom det finns en dubbel skala för det. Att göra det på ett eller annat sätt beror på föremålet som ska mätas.

Uppskattningsfel

Alla mätinstrument har en uppskattning, som är den minsta delningen av skalan, och alla mätningar som görs, oavsett med goniometern eller någon annan, kommer alltid att påverkas av fel.

Till exempel, i den enkla goniometern vi just har sett, motsvarar den minsta divisionen 1º.

Det maximala felet som kan göras i en mätning med denna goniometer är mer eller mindre uppskattning. Enligt detta uttrycks läsningen av exemplet som:

I allmänhet beräknas uppskattningen av en skala som denna genom att välja två godtyckliga avläsningar och räkna antalet uppdelningar mellan dem, så här:

Avläsningar med precisionsgoniometern

Precisionsgoniometern har en vernier: en andra skala placerad på en rörlig disk och som kan flyttas under huvudskalan. Vernieren möjliggör finare avläsningar.

Som alltid ger mätningen med huvudskalan grader och kan göras medsols (från vänster till höger) eller moturs (från höger till vänster), beroende på bekvämlighet.

Avläsningen i huvudskalan utförs med proceduren som beskrivs i föregående avsnitt. Verners 0 fungerar som en indikator i detta fall.

Nu går vi till den sista behandlingen med vernier, som kommer att ge oss protokoll. Varje uppdelning motsvarar 5 '(vinkelminuter) och kan också läsas från vänster till höger eller höger till vänster.

För att hitta mätningen måste du välja linjen för den vernier som bäst matchar någon av linjerna på den fasta skalan, och det är den bråkdel i grader som måste läggas till för att ha fullständig avläsning.

Läser exempel 1

Låt oss som exempel se läsningen av figuren, görs moturs. Verners 0 indikerar 64º (grön linje).

Bild 6. Exempel på läsning från höger till vänster. Källa: F. Zapata.

Låt oss nu titta på linjen i vernier som bäst matchar en av huvudlinjerna. I figuren har det framhävts i fuchsia. Det sammanfaller med avdelning nummer 30 på vernier skalan. Så vår vinkel mäter:

När det gäller uppskattningen av denna goniometer beror den inte bara på huvudskalan utan också på vernier. Goniometrar har vanligtvis 12 eller 24 divisioner i varje hälft. Den i exemplet har 12.

Det beräknas enligt följande:

I det här fallet är den minsta uppdelningen 1º = 60 ´, och indelningarna är 12:

Därför rapporteras läsningen på detta sätt:

Läser exempel 2

Låt oss nu prova medurs medurs.

Bild 7. Goniometeravläsning från vänster till höger. Källa: F. Zapata.

Verniers 0 sammanfaller med 42º (orange färg), medan den delning av vernier som bäst sammanfaller med någon av divisionerna i huvudskalan (turkosblå färg) motsvarar 20 '. Därför är den uppmätta vinkeln:

Läsaren undrar vad som händer om ingen division matchar exakt. När vernierens 0 är i mitten av två huvudavdelningar, tas den uppdelning som är närmast 0 som examen. Resten av mätningen görs som redan beskrivits

Det är alltid upp till den person som gör mätningen att välja de divisioner som bäst matchar. Två personer som gör samma mätning kan hålla med, men nästan alltid om den fina mätningen.

Typer av goniometer

Universal Goniometer

Det finns flera design. Den som visas i figur 8 består av två roterade linjaler i metall eller plast som roterar tillsammans med en graderad halvcirkel. Objektet vars vinkel ska mätas placeras mellan linjalerna och läses från den graderade halvcirkeln.

Den visade goniometern används i stor utsträckning för att bestämma området för ledrörelse, eller avståndet som en led rör sig från sitt naturliga läge till dess maximala rörelse.

Figur 8. Goniometer av de som används i medicinen för att mäta förmågan hos lederna att röra sig. Källa: Wikimedia Commons. Källa: Voxymoron

Electrogoniometers

Det är ett instrument som omvandlar vinkeln som ska mätas till en elektrisk impuls. Det används i stor utsträckning för att mäta rörens räckvidd.

Bubbla goniometer

Som namnet antyder har den en jämnbubbla, vanligtvis belägen i slutet av en av armarna. Eftersom många mätningar behöver anpassa denna arm mot horisontellt, möjliggör detta mer pålitliga avläsningar.

referenser

1. Calduch, E. Laboratory Practices. Tillverkningsprocessteknik. University of Catalunya. 20-22.
2. Hur fungerar det. Hur en goniometer fungerar. Återställs från: como-funciona.co.
3. Díaz del Castillo, F. Dimensionell metrologi. UNAM. Cuautitlán fakultet för högre studier. Återställd från: olimpia.cuautitlan2.unam.mx.
4. 4) Encyclopaedia Britannica. Goniometer. Återställd från: britannica.com
5. Junta de Andalucía. Metrology. Återställd från: juntadeandalucia.es.
6. Matematiska lagar och formler. Vinkelmätningssystem. Återställd från: ingemecanica.com.
7. Goniometer. Återställd från: google.com.