Как работают акселерометры?

Это уравнение — Сила = масса х ускорение, является теорией, лежащей в основе акселерометров: они измеряют ускорение не путем вычисления того, как скорость изменяется во времени, а путем измерения силы. Как они это делают? Вообще говоря, ощущая, как масса давит на что-то, когда на него действует сила.

Это то, с чем мы все хорошо знакомы, когда находимся в машине. Представьте, что вы сидите на заднем сиденье автомобиля и с удовольствием занимаетесь своими делами, и водитель неожиданно ускоряется, чтобы проехать мимо медленного грузовика. Вы чувствуете, что стучите обратно в кресло. Зачем? Поскольку ускорение автомобиля заставляет его двигаться вперед внезапно. Вы можете подумать, что двигаетесь назад, когда автомобиль ускоряется вперед, но это иллюзия: на самом деле вы испытываете то, что машина пытается съехать без вас, и ваше место догоняет вас сзади!

Законы движения говорят нам, что ваше тело пытается двигаться с постоянной скоростью, но сиденье постоянно толкает вас с силой и заставляет вместо этого ускоряться. Чем больше автомобиль разгоняется, тем больше силы вы чувствуете со своего места — и вы действительно можете это почувствовать! Ваш мозг и тело работают вместе, чтобы создать достаточно эффективный акселерометр: чем больше сил испытывает ваше тело, тем больше ускорений регистрирует ваш мозг в зависимости от различий между движениями вашего тела и движением автомобиля. (И он извлекает полезные подсказки из других ощущений, включая скорость, с которой движущиеся объекты проходят мимо окна, изменение звука двигателя автомобиля, шум воздушного потока, проносящегося мимо, и т. Д.) Момент за мгновением вы изменение ощущений в ускорении от изменений ощущений на вашем теле, а не путем расчета того, как далеко вы продвинулись и сколько времени это заняло.

И акселерометры работают примерно так же.

Типы акселерометров

Есть много разных типов акселерометров. Механические немного напоминают уменьшенные версии пассажиров, сидящих в автомобилях, которые перемещаются взад и вперед, когда на них действуют силы. Они имеют нечто вроде массы, прикрепленной к пружине, подвешенной внутри внешнего кожуха. Когда они ускоряются, кожух немедленно удаляется, но масса отстает, и пружина растягивается с силой, соответствующей ускорению. Расстояние, которое растягивает пружина (которое пропорционально силе растяжения), может использоваться для измерения силы и ускорения различными способами. Сейсмометры (используемые для измерения землетрясений) в целом работают таким образом, используя ручки на тяжелых массах, прикрепленные к пружинам, для регистрации силы землетрясения. Когда происходит землетрясение, оно встряхивает корпус сейсмометра, но для перемещения ручки (прикрепленной к массе) требуется больше времени, поэтому на бумажной карте остаются следы рывков.