Tentamen i Fysik för MTI 5A1225 010427 14-19

Alla hjälpmedel utom sådana som innebär kontakt med andra levande varelser är tillåtna. Uppgifterna är inte ordnade i svårighetsgrad. Tänk på att även en ansats på ett tal kan ge delpoäng. 2.5p erfordras för godkänt

IRO heter ett företag i Ulricehamn vars huvudprodukt är garnfornässörer. Detta är en produkt som är nödvändig vid vävning i industriella vävmaskiner. Sådana behöver nämligen garnet ryckvis ca 4 - 8m i taget. Detta ska matas fram på några tiotals millisekunder. Därefter ska garnmatningen stå still i ca 100 ms och sedan börjar man om. Fornässören fungerar som en stor trådrulle som matas med garn med konstant hastighet från ena hållet (där en stor garnvinda matar på med garn) och dras av ryckvis från andra hållet. Syftet är naturligtvis att undvika garntrassel, varför många sensorer av olika typer typer måste användas tillsammans med ett antal snabbstopp-utrustningar (om garnbrott eller garntrassel trots allt skulle uppkomma.

Den viktigaste snabbstoppsdetaljen är en stopp-pinne som helt enkelt går ner på garnet och håller fast det. Denna pinne styrs magnetiskt av en lång spole ("lång" betyder att att du får räkna med formeln för lång spole). I denna kan antalet varv och tvärsnittsytan (hos spolen) varieras.

Hur beror spolens tidskonstant av varvtal och tvärsnittsyta?

Den snabba mekaniska hanteringen av garn gör att en hel del trådfragment slits loss och virvlar runt i lokalen (=det dammar). Detta består ofta av trådar med längd runt en cm, diameter runt 20µm, densitet ca 500kg/m³ och får en statisk laddning till beloppet motsvarande ca en miljon elektronladdningar per tråd. En idé vore kanske att attrahera dem elektriskt. Vilken storleksordning på elektrisk fältstyrka behövs för att dessa ska styras av ett elektriskt fält med 100ggr större kraft än tyngdkraften på dem? Går detta tror Du?

Man kan mäta den mekaniska spänningen i tråden genom att mäta vilka stående vågfrekvensen man får i en tråd som vilar mellan två stöd. Förklara hur den stående vågen kan få olika frekvens med olika mek spänning trots att avstånden mellan noderna (=stöden) hela tiden är detsamma.

Vidstående figur visar hur belysnings och betraktningsstrålgången i en sensor ser ut. Neråt belyser de från början parallella laserstrålen en garnbit. det hela ska betraktas med en detektor som placeras över 20mm-linsen. Var ska denna detektor placeras?

Motivera ditt svar!

När man belyser tråden med parallellt laserljus (643nm) kommer detta att spridas i en riktning vinkelrätt mot tråden. Spridningsvinkeln är ±10°. Vilken filamenttjocklek har tråden? (Filament = de tunna trådar av vilka garntråden är uppbyggd)