Bạn muốn biết Fidget Spinner xoay được trong bao lâu mà lại chẳng có đồng hồ? Đây là cách một phó giáo sư vật lý đo đạc

Bạn muốn biết Fidget Spinner xoay được trong bao lâu mà lại chẳng có đồng hồ? Đây là cách một phó giáo sư vật lý đo đạc
Theo: Dink Theo Trí Thức Trẻ
Thể loại: Khoa Học Công Nghệ
Tại sao ư? Vì hiển nhiên đồng hồ thì không sẵn mà thiết bị laser và cảm biến ánh sáng được bán đầy ngoài chợ.

Thứ đồ chơi để nghịch cho đỡ ngứa tay Fidget Spinner là xu hướng mới của giới trẻ, là hậu duệ của những khối Rubik, của bộ trò chơi điện tử 9999in1, của những con gà ảo Tamagotchi ... Bạn dần thấy nó xuất hiện ở khắp nơi, từ mặt đường mặt phố cho tới mọi mặt báo, bạn tự hỏi rằng mua một cái ở đâu về để nghịch vì nhìn chúng cũng hay hay ...

Sự nổi tiếng ấy thôi thúc phó giáo sư vật lý Rhett Allain tại Đại học Đông Nam Louisiana nghiên cứu xem cái thiết bị Fidget Spinner (FS) này xoay được trong bao lâu? Đầu tiên, Allain chỉ ra rằng thời gian mà FS xoay được sẽ dựa vào vận tốc góc của nó. Đầu tiên, hãy hiểu chuyển động xoay cơ bản. Ví dụ ta có một vật xoay quanh tâm là bánh xe đạp (hình dưới), ta có thể xác định được ví trí góc ở bất kì điểm nào, và gọi góc đó là θ.

Nếu như bánh xe này tiếp tục quay để cho góc θ thay đổi, ta có thể mô ta tốc độ thay đổi của vận tốc góc với kí hiệu ω. Đây là công thức tìm ra vận tốc góc trung bình của bánh xe:

Trông nó rất giống cách thức tính vận tốc không đổi thông thường. Nhưng nếu vật thể quay kia mà quay chậm lại hoặc nhanh lên thì sao? Vậy sự thay đổi của vận tốc góc sẽ được kí hiệu là α, tính bằng công thức sau:

Nếu như ta biết tốc độ góc lúc ban đầu của vật thể xoay và ta giả định vận tốc xoay cuối cùng của vật thể là 0 radian/giây, ta sẽ có được công thức tính thời gian xoay của vật thể đó:

Giờ ta cần tới gia tốc góc – giả định rằng nó luôn cố định khi mà thiết bị xoay chậm lại. Ta có thể tính gia tốc góc dựa vào sự thay đổi của vận tốc góc, dù rằng nó cũng chẳng dễ đo chút nào. Thiết bị FS xoay quá nhanh để có thể quay (hoặc ít nhất là máy quay vận tốc cao của phó giáo sư Allain không đủ “xịn”), vì thế ta sẽ sử dụng một hệ thống laser để đo sự tay đổi của vận tốc góc.

Phần trên là bộ phát laser, và phần dưới là cảm biến ánh sáng.

Phần trên là bộ phát laser, và phần dưới là cảm biến ánh sáng.

Phương thức hoạt động cơ bản của hệ thống này là ánh đèn laser chiếu xuống cảm biến ánh sáng bên dưới. Khi mà FS xoay, nó sẽ chặn ánh đèn laser mỗi lúc cánh của FS xoay qua tia sáng. Giá trị mà thiết bị cảm biến ánh sáng đo được sẽ là tỉ lệ xoay của thiết bị FS.

Nhưng hệ thống này cũng có vài vấn đề nhỏ. Đầu tiên, tốc độ ánh sáng nhấp nháy thay đổi trên cảm biến ánh sáng sẽ khác với tốc độ xoay của FS, do trên mình thiết bị xoay này có 3 lỗ nhỏ, tạo ra những khoảng trống trong mỗi vòng xoay mà laser có thể xuyên qua. Thứ hai, FS sẽ xoay rất nhanh và rất nhiều vòng, lượng dữ liệu thu được lớn sẽ làm chậm quá trình phân tích.

Đây là một phần dữ liệu thu được:

Đây sẽ là thủ thuật thú vị hơn là những con số và những phép tính khô khan. Thay vì ngồi phân tích một bản dữ liệu lớn của thời gian và ánh sáng (tổng dữ liệu lên tới hơn 2 phút, mà trên đây mới là dữ liệu của 0,15 giây), phó giáo sư Allain sẽ áp dụng phép biển đổi Fourier vào.

Giải thích: Biến đổi Fourier cho phép ta biến đổi một hàm số hoặc một tín hiệu theo miền thời gian sang miền tần số. Vì số dữ liệu này được tạo nên bởi rất nhiều yếu tố lượng giác khác nhau (như sin và cos) với những số đo khác nhau, biên độ của chúng sẽ khác nhau. Phép biến đổi Fourier sẽ cho ta thấy những biên độ khác nhau, để ta có thể tìm ra tần số dao động.

Lấy một phần nhỏ dữ liệu tia laser, ta sẽ có phép biển đổi Fourier sau đây:

Với trục tung là Biên độ và trục hoành là tần số (tính bằng Hz)

Với trục tung là Biên độ và trục hoành là tần số (tính bằng Hz)

Điểm cực đại tại 20,14 Hz là biên độ xoay của thiết bị FS (tại thời điểm đo đầu tiên). Những điểm vọt lên khác bên cạnh không cần quan tâm tới vào thời điểm hiện tại. Để xác định được vận tốc góc, ta chỉ cần nhân tần số này với 2π và ta có được tốc độ 126,54 radian/giây.

Nếu như ta tạo ra một phép biến đổi Fourier cho toàn bộ số dữ liệu ánh sáng kéo dài hơn 2 phút kia thì sao? Ta sẽ có một mốc cực đại lớn và dữ liệu ấy chẳng giúp ích được gì nhiều. Thay vào đó, phó giáo sư Allain sẽ chia nhỏ từng phần của dữ liệu và tìm ra tốc độ góc. Bằng cách chia nhỏ ra, tốc độ góc gần như là một hằng số. Dự vào đó, ta có thể tạo ra một đồ thị biểu thị tốc độ góc:

Đường dốc trong đồ thị là gia tốc góc với giá trị -1,346 radian/s^2, và bởi dữ liệu này có một tuyến ổn định, ta có thể có gia tốc góc ở mọi thời điểm gần như là một hằng số. Khi đó, ta có thể tìm ra được thiết bị này có thể xoay được bao lâu.

Với vận tốc góc ban đầu là 140 radian/giây (nhanh hơn một chút so với dữ liệu bên trên), FS sẽ xoay được trong vòng 104 giây. Nếu như bạn muốn xoay nó lâu hơn thì cứ xoay nó ... nhanh hơn mà thôi. Nhân đôi tốc độ ban đầu, bạn sẽ nhân đôi được thời gian xoay của Fidget Spinner.

Bạn có được thêm chút thông tin bổ ích rồi đó! Bổ ích như chính tác dụng của thiết bị "chữa ngứa tay" Fidget Spinner vậy!

Bầu khí quyển của Trái Đất thay vì 5 lớp thì vẫn còn một lớp nữa mà bạn chưa hề biết tới

tinybook tinybook 5 tháng 4 ngày
Bầu khí quyển của Trái Đất thay vì 5 lớp thì vẫn còn một lớp nữa mà bạn chưa hề biết tới
Nó có thể là khó tin, nhưng đối với một phần nào đó của bầu khí quyển, nghiên cứu khoa học vẫn chưa được thực hiện.

Sẽ thế nào khi rau được trồng trong nhà máy, bằng robot, AI và thế hệ nông dân 4.0?

tinybook tinybook 5 tháng 4 ngày
Sẽ thế nào khi rau được trồng trong nhà máy, bằng robot, AI và thế hệ nông dân 4.0?
Hơn 1.600 công ty khởi nghiệp đã đầu tư 1,8 tỷ USD vào các nông trại thẳng đứng trong vòng 1 thập kỷ qua.

Thuộc hệ “chăm săn sale” phải nằm lòng chiêu này, vừa sắm được hàng ngon vừa bảo toàn lương đầu tháng!

tinybook tinybook 5 tháng 4 ngày
Thuộc hệ “chăm săn sale” phải nằm lòng chiêu này, vừa sắm được hàng ngon vừa bảo toàn lương đầu tháng!
Cứ mỗi dịp đầu tháng, các chương trình giảm giá khởi động thì cũng là lúc các tín đồ mua sắm khoe chiến tích săn sale và chia sẻ cách mua thế nào được hưởng được lợi nhiều nhất.

Warner Bros. hé lộ loạt chi tiết mới trong Godzilla vs. Kong: Hết đánh trên bờ lại lôi nhau xuống biển, chắc chắn có kẻ bại trận, không có chuyện giảng hòa

tinybook tinybook 5 tháng 4 ngày
Warner Bros. hé lộ loạt chi tiết mới trong Godzilla vs. Kong: Hết đánh trên bờ lại lôi nhau xuống biển, chắc chắn có kẻ bại trận, không có chuyện giảng hòa
Được biết, tổng thời lượng các phân cảnh đối đầu giữa Godzilla và Kong sẽ lên đến gần 20 phút trong bom tấn này, dự kiến ra mắt vào ngày 31/3 tới đây.

Chính xác thì B.1.1.7 là "dòng", "biến chủng" hay "biến thể" của virus SARS-CoV-2?

tinybook tinybook 5 tháng 4 ngày
Chính xác thì B.1.1.7 là "dòng", "biến chủng" hay "biến thể" của virus SARS-CoV-2?
Các nhà sinh học rất muốn báo chí và công chúng sử dụng đúng thuật ngữ chuyên môn của họ.

TopCV - Nền tảng công nghệ tuyển dụng “sát cánh” cùng nhà tuyển dụng

tinybook tinybook 5 tháng 4 ngày
TopCV - Nền tảng công nghệ tuyển dụng “sát cánh” cùng nhà tuyển dụng
Sự phát triển của các nền tảng tuyển dụng đang là cơ hội giúp nhà tuyển dụng tiếp cận được ứng viên dễ dàng hơn và TopCV đang là trở thành sự lựa chọn hàng đầu.

Những diễn viên từng sử dụng công nghệ trẻ hóa để “cưa sừng làm nghé” không hề giả trân trong các bom tấn của Hollywood

tinybook tinybook 5 tháng 5 ngày
Những diễn viên từng sử dụng công nghệ trẻ hóa để “cưa sừng làm nghé” không hề giả trân trong các bom tấn của Hollywood
Với công nghệ de-aging, các diễn viên sẽ được trẻ hóa một cách đơn giản hơn, chân thực hơn thay vì dành hàng tiếng đồng hồ cho khâu trang điểm và lựa chọn trang phục.

WandaVision: Lý giải về Chaos Magic, ma thuật khủng khiếp của Scarlet Witch với khả năng thay đổi bản chất thực tại

tinybook tinybook 5 tháng 5 ngày
WandaVision: Lý giải về Chaos Magic, ma thuật khủng khiếp của Scarlet Witch với khả năng thay đổi bản chất thực tại
Tập phim mới nhất của WandaVision đã chính thức mang đến khái niệm về Chaos Magic - 1 trong những nguồn sức mạnh lâu đời và khủng khiếp nhất trong nguyên tác truyện tranh Marvel.

Thí nghiệm với hai người mất xúc giác chứng minh thế giới chúng ta đang sống không phải là thực tại ảo

tinybook tinybook 5 tháng 5 ngày
Thí nghiệm với hai người mất xúc giác chứng minh thế giới chúng ta đang sống không phải là thực tại ảo
Tất cả chúng ta không phải là những bộ não bị nhúng trong bình thủy tinh.

Warner Bros. xác nhận sẽ "đập đi xây lại" Superman, Henry Cavill sắp bị cho ra rìa?

tinybook tinybook 5 tháng 5 ngày
Warner Bros. xác nhận sẽ "đập đi xây lại" Superman, Henry Cavill sắp bị cho ra rìa?
Warner Bros. đã công bố dự án Superman reboot do J.J. Abrams sản xuất, và có thể Henry Cavill sẽ không phải cái tên cho vai chính mà họ đang nhắm đến.

Những con kênh nổi tiếng của Venice đang cạn nước: Hậu quả của biến đổi khí hậu?

tinybook tinybook 5 tháng 5 ngày
Những con kênh nổi tiếng của Venice đang cạn nước: Hậu quả của biến đổi khí hậu?
Triều cường đã rút cạn các con kênh của thành phố được mệnh danh là lãng mạn nhất châu Âu.

Zulihome - Điểm đến tin cậy cho gia đình Việt muốn mua robot hút bụi thông minh

tinybook tinybook 5 tháng 5 ngày
Zulihome - Điểm đến tin cậy cho gia đình Việt muốn mua robot hút bụi thông minh
Ngay từ khi thành lập và phát triển, Zulihome đã chứng minh được sự uy tín với khách hàng bằng việc cung cấp robot hút bụi thông minh chính hãng từ các thương hiệu nổi tiếng.

Mày mò tìm kiếm ở thành phố diệt vong Pompeii, các nhà khoa học sửng sốt khi khám phá ra thứ "độc nhất vô nhị" vô cùng quý giá

tinybook tinybook 5 tháng 5 ngày
Mày mò tìm kiếm ở thành phố diệt vong Pompeii, các nhà khoa học sửng sốt khi khám phá ra thứ "độc nhất vô nhị" vô cùng quý giá
Một cỗ xe ngựa 2.000 năm tuổi của người La Mã đã được phát hiện "gần như nguyên vẹn" ở ngoại ô thành phố diệt vong Pompeii.

Những sự thật thú vị và cực dị về Gollum, nhân vật độc đáo nhất của Lord of the Rings cũng như nền văn hóa đại chúng thế giới

tinybook tinybook 5 tháng 6 ngày
Những sự thật thú vị và cực dị về Gollum, nhân vật độc đáo nhất của Lord of the Rings cũng như nền văn hóa đại chúng thế giới
Ra đời vào năm 1937 dưới ngòi bút của nhà văn J. R. R. Tolkien trong bộ tiểu thuyết The Hobbit, Gollum có thể coi là 1 nhân vật cực kỳ khác biệt và trở thành nét đặc trưng ấn tượng khó phai trong vũ trụ Lord of the Rings rộng lớn.

WandaVision: Sức mạnh của Wanda là bẩm sinh, không liên quan đến Mind Stone, X-Men đang ở gần MCU hơn bao giờ hết

tinybook tinybook 5 tháng 6 ngày
WandaVision: Sức mạnh của Wanda là bẩm sinh, không liên quan đến Mind Stone, X-Men đang ở gần MCU hơn bao giờ hết
Tập phim mới nhất của WandaVision đã hé lộ nguồn gốc sức mạnh của Wanda Maximoff, và nó không bắt nguồn từ Mind Stone như chúng ta vẫn lầm tưởng.

[CHÍNH THỨC] 9 nhóm đối tượng ưu tiên và miễn phí tiêm vaccine COVID-19

tinybook tinybook 5 tháng 6 ngày
[CHÍNH THỨC] 9 nhóm đối tượng ưu tiên và miễn phí tiêm vaccine COVID-19
Nghị quyết số 21/NQ-CP ngày 26/2/2021 về mua và sử dụng vaccine phòng COVID-19 nêu rõ 9 nhóm đối tượng ưu tiên tiêm và miễn phí.

Thủ đô Anh Quốc đột nhiên thành "vương quốc chuột", to khổng lồ và nhiều gấp đôi con người: Tại sao có chuyện đó?

tinybook tinybook 5 tháng 6 ngày
Thủ đô Anh Quốc đột nhiên thành "vương quốc chuột", to khổng lồ và nhiều gấp đôi con người: Tại sao có chuyện đó?
Người London có thể sẽ sốc khi chứng kiến chuột xuất hiện ở những nơi chưa từng thấy. Lại còn là chuột khổng lồ.

Kinh dị chuyện nhà vệ sinh công cộng thời La Mã, nơi tất cả mọi người chùi chung bằng 1 cái que

tinybook tinybook 5 tháng 6 ngày
Kinh dị chuyện nhà vệ sinh công cộng thời La Mã, nơi tất cả mọi người chùi chung bằng 1 cái que
Đó là một cái que buộc bọt biển được 500 anh em truyền tay nhau chùi đến lúc hỏng thì thôi...

Điệp viên nghỉ hưu kể chuyện nghề: Hóa ra những gì chúng ta xem trên phim lâu nay thực sự tồn tại, thậm chí đôi khi còn thú vị hơn thế

tinybook tinybook 5 tháng 6 ngày
Điệp viên nghỉ hưu kể chuyện nghề: Hóa ra những gì chúng ta xem trên phim lâu nay thực sự tồn tại, thậm chí đôi khi còn thú vị hơn thế
Điệp viên chắc chắn là một trong những nghề thú vị, đặc biệt, nguy hiểm và khiến mọi người tò mò bậc nhất thế giới.

Siêu thị tại Hà Lan bị doạ tẩy chay vì bán phở Việt “fake”: Trông chẳng khác gì mì trộn, sợi vàng như nghệ, ăn kèm sốt thịt gà

tinybook tinybook 5 tháng 6 ngày
Siêu thị tại Hà Lan bị doạ tẩy chay vì bán phở Việt “fake”: Trông chẳng khác gì mì trộn, sợi vàng như nghệ, ăn kèm sốt thịt gà
Nhiều khách hàng bức xúc khi nhìn thấy món phở "quốc hồn quốc tuý" của Việt Nam bị chế tạo theo một phiên bản hoàn toàn khác, thậm chí họ còn kêu gọi tẩy chay chuỗi siêu thị này.

Bill Gates, vắc xin và những chiếc khẩu trang

tinybook tinybook 5 tháng 6 ngày
Bill Gates, vắc xin và những chiếc khẩu trang
Dù đã được tiêm vắc xin chống Covid-19 nhưng tỷ phú từ thiện Bill Gates nói rằng ông vẫn tiếp tục đeo khẩu trang, nhất là khi ở gần những người cao tuổi chưa được tiêm phòng.

"Soi" Joker của Justice League: Đổi giọng, che hình xăm để "lột xác" từ trong ra ngoài

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
"Soi" Joker của Justice League: Đổi giọng, che hình xăm để "lột xác" từ trong ra ngoài
Snyder đã hé lộ tạo hình đầu tiên về Joker trong đoạn trailer mới ra mắt. Không quá lời khi cho rằng Justice League của Snyder có cách tiếp cận hoàn toàn mới về nhân vật này. Sự lột xác này mạnh mẽ đến mức nào?

Đây là cây đinh ba của Aquaman với khả năng phóng nước cực đỉnh, dùng để rửa bát siêu sạch

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
Đây là cây đinh ba của Aquaman với khả năng phóng nước cực đỉnh, dùng để rửa bát siêu sạch
Không quá bá đạo như nguyên tác truyện tranh, nhưng cây đinh ba của Aquaman này hoàn toàn có thể sử dụng để rửa bát, rửa ô tô hay đấu súng nước với bạn bè.

Bóng tối phía sau ngành công nghiệp anime tỷ USD của Nhật Bản

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
Bóng tối phía sau ngành công nghiệp anime tỷ USD của Nhật Bản
Đại dịch thúc đẩy sự bùng nổ của ngành công nghiệp anime Nhật Bản. Nhưng dù khối lượng công việc và lợi nhuận của ngành tăng lên, các họa sĩ diễn hoạt vẫn nhận mức lương ít ỏi.

[Video] Hé lộ loạt kỹ xảo đỉnh cao giúp Lord of the Rings vẫn đẹp lung linh, không hề "out meta" so với phim ngày nay

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
[Video] Hé lộ loạt kỹ xảo đỉnh cao giúp Lord of the Rings vẫn đẹp lung linh, không hề "out meta" so với phim ngày nay
Dù đã 2 thập kỷ trôi qua nhưng những kỹ xảo trong bộ 3 phim The Lord of the Rings vẫn cứ là đẹp mê hồn và không hề bị lép vế so với các tác phẩm hiện tại

WandaVision: Những đoạn quảng cáo vô thưởng vô phạt, vô vị vô duyên hóa ra lại liên quan rất mật thiết đến Wanda

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
WandaVision: Những đoạn quảng cáo vô thưởng vô phạt, vô vị vô duyên hóa ra lại liên quan rất mật thiết đến Wanda
Những đoạn quảng cáo trong WandaVision có thể coi là easter egg nhỏ liên quan đến quá khứ, hiện tại và cả tương lai của nữ pháp sư quyền năng Wanda Maximoff.

Trailer Army of the Dead lên sóng: Mãn nhãn với phi vụ cướp nhà băng gay cấn giữa trung tâm đại dịch zombie

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
Trailer Army of the Dead lên sóng: Mãn nhãn với phi vụ cướp nhà băng gay cấn giữa trung tâm đại dịch zombie
Dưới bàn tay của đạo diễn Zack Snyder, Army of the Dead sẽ là 1 luồng gió mới lạ cho dòng phim zombie vốn đã quá quen thuộc với khán giả thế giới.

Bí mật ẩn sau 6 chiếc ghế luôn 'cháy vé' của hãng hàng không Singapore Airlines

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
Bí mật ẩn sau 6 chiếc ghế luôn cháy vé của hãng hàng không Singapore Airlines
Không phải hạng ghế thương gia, trên chiếc Airbus A350-900ULR của hãng Singapore Airline luôn có 6 chỗ ngồi được các hành khách tranh giành nhau mỗi khi đặt chỗ.

Dàn diễn viên Spider-Man hé lộ tên phần phim tiếp theo: Mỗi người 1 tiêu đề, không rõ là đang troll khán giả hay "tung thính" cho đa vũ trụ

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
Dàn diễn viên Spider-Man hé lộ tên phần phim tiếp theo: Mỗi người 1 tiêu đề, không rõ là đang troll khán giả hay "tung thính" cho đa vũ trụ
Chưa ra mắt nhưng Spider-Man 3 đã biết cách "bắt lú" fan hâm mộ rồi.

WandaVision: Cô hàng xóm thân thiện Agnes hiện nguyên hình phản diện, nhưng nhiều khả năng vẫn chưa phải trùm cuối

tinybook tinybook 5 tháng 1 tuần
WandaVision: Cô hàng xóm thân thiện Agnes hiện nguyên hình phản diện, nhưng nhiều khả năng vẫn chưa phải trùm cuối
Cú twist đến sái cổ trong tập mới nhất của WandaVision đã hé lộ Agnes thực chất chính là phù thủy Agatha Harkness, nhưng rất có thể đằng sau đó vẫn còn 1 thế lực đen tối khác đang giật dây để phá hoại cuộc đời của Wanda.
tinybook Công Nghệ Thông Tin








Chat