科学好き者の日々

白色や青色のLEDはVfが3.4V位あって、1.5Vの電池では点灯させられません。
プランクの定数を求めるときの測定値が2.34Vでしたが、これは点灯始めの電圧ですので、明るく光るときは3.4V程度が必要です。
11円電池でLEDを点灯させるブロッキング発信機はもともと「ニッカド電池で白色LEDを点灯させる」というものです。
再度これを検討してみていて、妙なことに気がつきました。
実験用の電源で徐々に電源電圧を上げていくと、１V位で電圧計の読みが不安定になるのです。

「変だなぁ。電源電圧を上げると異常発振がおきるのかなぁ」とオシロでみてみると、



電源にブロッキング発振波形が乗っています。電源電圧を変えるとそれに比例して発振波形も変わるのですが、１V程度からつけてある電圧計が動き出すようです。



実験電源でなく、電源を実際に使う単四の電池にしてみると、大分減ります。
この実験電源は６Vのスイッチングレギュレータを１０Ωの可変抵抗で分圧しています。スイッチングレギュレータの出力インピーダンスが不明なのですが、仮に１Ωとすると、以下のような出力インピーダンスになります。



やはりこれは大きいですね。通常は問題なく使えていたのであまりこのことは考えませんでした。
でも、分圧抵抗をもっと小さいのにすると大きい容量のスイッチングレギュレータがいるので、このままとしておきます。

さて。。。。

数年前にフェナキスコープを見るために「ストロボライト」を作ってみました。
これは明るさも、照らす面積も小さいハンディタイプでした。

もう少し広い面積を照らすためにLEDを沢山使ったストロボライトを作ってみました。



LEDは秋月電子で売っている車の室内灯をLEDに置き換えるためのLEDランプです。車の室内灯なので１２V定格です。最初は１つでいいかと思ったのですが、意外と暗く後からもう１つを追加しました。１２V、８５ｍAで１つ１Wなので２Wということになります。

コントロールはPIC12F675でVRの値を8bitのADコンバータで読み取り、消灯時間（ms）としています。点灯時間は５ｍS固定です。

電源は１２V、７００ｍAのスイッチングレギュレータが200円！！で売っていたのでLED用とし、PIC用は三端子レギュレータで５Vを作りました。LEDの駆動はパワーFETです。



下側から照らしたいので、低い三脚に取り付けられるようにしました。三脚に使っているカメラの固定ねじは1/2のウィット並目ねじです。ケース（タッパー）にねじの入る穴だけあけて、1/2の蝶ねじで固定しました。
三脚は「あきばおー」で263円という格安の高さ１０ｃｍほどの三脚があったので、それを利用しています。

まあ、安価なストロボライト（ストロボスコープ）です。

「無重力　～宇宙生活と重さの不思議～」という講演会を拝聴しました。

重さとは何かからはじまって、国際宇宙ステーションでの微小重力中での実験のお話です。

無重力のなかでどんなことが起こるか。面白実験の様子を動画でみせていただきました。
NASAのドン･ペティさんが２００３年の国際宇宙ステーションで行った「土曜日の朝の科学」という面白実験だそうです。
「巨大水球の運動」「表面張力対流」「二重水球」「CDプレーヤによる簡易ジャイロ」など無重力ならではの実験です。
残念ながら、その動画がNASAのサイトのどこにあるかが判りませんでした。代わりに以下がレポートですが、動画ではありません。

http://idb.exst.jaxa.jp/jdata/02493/200409J02493160/%A1%CA%B2%E8%C1%FC%C9%D5%A4%AD%A1%CB200409J02493160.html

動画で見ることのできる、若田さんが行った面白宇宙実験です。

http://iss.jaxa.jp/iss/jaxa_exp/wakata/omoshiro/

毛利さんのものもありました。
http://jda.jaxa.jp/jda/v4_j.php?v_id=900226&mode=search&keyword=%CC%D3%CD%F8%B1%D2%A1%A1%BC%C2%B8%B3

アイフェスタ2009を見てきました。



今年もハーモニープラザの多目的ホールです。体育館としてもつかうのでしょうね。黄色の照明です。



拡大読書機が沢山展示されています。こんなに多くのメーカーがあるなんてちょっと驚きです。
上は、そのなかで自分で書いた文字を拡大してみるというもの。書類を拡大しながらそこに書き込むなどの使い方のために右の開いた部分からペン先を拡大部分に挿入して書き込みができるそうです。

他にK-SONARという超音波障害物検知器が目を引きました。通常の障害物までの距離情報のほかに材質がわかるというものです。音で知らせるもので、距離が遠いときは高い音、近いときは低い音、滑らかな表面のガラスや金属はキンキンした硬い音、生垣や人など柔らかいものはザワザワした柔らかい音になるのだそうです。また針金一本でも検知できるとのことでした。

ソフトウエアでいろいろと検知能力が上がっています。最近の補聴器がソフトの力で格段の進歩をしているのと同じですね。
このレベルのものはちょっと作ってみようというわけにはいきません。
価格は8万円だそうです。

価格もいい値段です。もっと思い切った価格はできないものでしょうかねぇ。

音の速さを測るの続きです。



ユニバーサル基板にPSocとスピーカー接続のコネクター、動作確認用のLEDを取り付けています。丸いのは音量調整用のVR、赤いジャンパーは正弦波と矩形波の切り替えです。赤黒のリード線はオシロスコープのトリガー用入力信号のためのものです。



上がトリガー用の信号でスピーカーに送られている信号です。下がマイクからの信号でスピーカーとマイクの距離は50ｃｍです。遅れ時間を1.3ｍSと読むと音の速さは0.5/1.3×10^-3で380ｍ/ｓということになります。
もっとスピーカーとマイクの間を離せば精度は上がると思いますが、スピーカーからの音量は意外と小さく、このくらい近づけないとマイクの信号が出てこなかったのです。もっと音量をあげて「ぴぴぴ」という奇怪な音を大きくだすのは近所迷惑で憚られます。



矩形波でやったものが上です。マイクからの信号が正弦波より見やすくなるかと期待したのですが、返って悪いようです。なお周波数は2ｋHzです。



もっと簡単に、マイクを２個つかって近いマイクでトリガーをかけ、遠いマイクまでの時間を測ればいいと思いつきました。（当たり前のことですがね。。。。）
上が近くのマイク、下は1.7ｍ離れたマイクの信号です。音源は拍手で一回手を叩いています。スピーカーからの音ではなくて、実際の音の音量は大きいのですね。大分離れていても検知できました。
信号遅れ時間は4.5ｍSで音速は377ｍ/ｓということになります。

やはりこんな測定にはアナログオシロではなくてストレージのできるデジタルオシロが有効だと痛感しました。
秋月電子で購入した３１、０００円のデジタルオシロでの結果です。

量子力学でよく出てくるプランクの定数を求める実験をしました。

振動数νの光はｈνのエネルギーをもった粒としてふるまうそうで、ｈがプランクの定数です。どのくらいのエネルギーかというとｅＶ（ｅは電子の電荷、Ｖは加える電圧）のエネルギーとなります。

３色のフルカラーLEDを使って、点灯し始める電圧と発光色の波長から求めるものです。

電池2本を直列にして、可変抵抗器で分圧して０～３Ｖの電圧をＬＥＤに加えます。
点灯し始める電圧をテスターで読み取ります。

以下のような結果になりました。
赤　1.44Ｖ
緑　1.95Ｖ
青　2.34Ｖ
実際の波長を分光器などで測ればいいのですが、簡易的にLEDについてきたデータシートで代用します。
ピーク波長で
赤　0.635μｍ　振動数は4.7×10¹⁴
緑　0.525μｍ　振動数は5.7×10¹⁴
青　0.47μｍ　振動数は6.4×10¹⁴

電子の電荷ｅは1.6×10^-19クーロンです。

これから
ｈ＝eV/ν＝1.6×10^-19×1.44/4.7×10¹⁴＝4.9×10^-34（赤のとき）
ｈ＝eV/ν＝1.6×10^-19×1.95/5.7×10¹⁴＝5.5×10^-34（緑のとき）
ｈ＝eV/ν＝1.6×10^-19×2.34/6.4×10¹⁴＝5.9×10^-34（青のとき）

本当の値は6.6×10^-34でちょっと小さめの値に出ています。

波長の分布はずいぶんと裾をひいています。光り始めは少ないエネルギーで光るはずで波長もピーク波長ではなくデータシートの最長波長をとるべきなのでしょうか？

最長波長で
赤　0.67μｍ　振動数は4.5×10¹⁴
緑　0.575μｍ　振動数は5.2×10¹⁴
青　0.52μｍ　振動数は5.8×10¹⁴

これから
ｈ＝eV/ν＝1.6×10^-19×1.44/4.5×10¹⁴＝5.1×10^-34（赤のとき）
ｈ＝eV/ν＝1.6×10^-19×1.95/5.2×10¹⁴＝6.0×10^-34（緑のとき）
ｈ＝eV/ν＝1.6×10^-19×2.34/5.8×10¹⁴＝6.5×10^-34（青のとき）

となり、やや近い値になりました。
しかし、これでいいのかなぁ？特に赤が小さいようです。
最新のLEDではなく、20年位前のLEDでは発光効率が悪く手持ちの赤を調べてみると1.77Vでした。これを上に当てはめると6.3×10^-34になります。

不確定要因が多くてどれが真値か判りません。とりあえずは6×10^-34前後がでれば良しとするのかなぁ。。。。。

レーザー光をパルス駆動し、１００ｍ程度離れたところに鏡を置いて、反射してきた光の遅れ時間をオシロスコープで測って光の速度を測ろうとしたのですが、うまく出来ませんでした。

中学生向けの科学教室で同様の方法で光の速度を測るというので見学させてもらいました。
鏡は約７ｍの距離においてあり、行路差は１４ｍ程度です。

「へぇこの程度の距離で測定できるのか。。。。」

オシロスコープは時間軸１０ｎS/divでの測定です。遅れ時間５０ｎSで２．９６×１０^８ｍ/Sの値が得られます。（正確には２．９９７９×１０^８だそうです）

すごいですね。やっぱり、いいオシロスコープが必要なのですね。

光学系は普通の机の上においてあるだけのようでした。が、次に水中の速度を測るために幅１ｍ程度の水槽の内壁に鏡を4つ置いて反射させて距離を稼ぐ方法で行っていました。こちらは調整が難しい様子でしたね。

光学系も微調整のできるものが必要ですね。

残念ながら、個人では財力の点で難しいようです。

火星ローバーの第二回試走会がありました。



自分で作ってきた「火星ローバー」を本番の技術コースで走らせてテストします。
自分でまだ作れない小さな子はデモ機を操縦しています。



今年は上のポスターにあるように、ただ走らせるだけでなく、「サンプル採取」というミッションが加わりました。火星の岩石を採取してくるというものです。



この岩石の見本が千葉市科学館の７階に展示されています。ガラスの箱の中に入っているので、手にとってみることができません。が、寸法は４．５×８×２．５ｃｍで密度が２．３６ｇ/ｃｃと５×１２×４ｃｍで密度が２．６３ｇ/ｃｃです。そのまま計算すると２１２ｇと６３１ｇ！！となります。寸法は最大をとっていて、実際は角がない形なので重さは計算値の３/４くらいとしても１６０ｇあるいは４７０ｇ！！というかなりの重量があります。
「こんなに重いものをどういう機構で取り込むのかな？」



サンプル採取の機構をもったローバーが疑似サンプルのボールやビー玉を使って取り込みの練習をしていました。

がんばってね。