Mesurer la constante de Planck avec lego
pendant près de 130 ans, le kilogramme a été défini par un petit cylindre en platine et iridium assis dans une voûte à l’extérieur de Paris. Chaque autre unité de mesure est définie par un phénomène physique reproductible; La seconde est un nombre précis d’oscillations d’un atome de césium, et un mètre est la longueur des voyages de lumière en 1/299792458ème d’une seconde. Seul le kilogramme est défini par un objet réel, jusqu’à ce que NIST et le Comité international des poids et des étapes définissent comme fonction de la constante de Planck. Comment mesurez-vous la constante de Planck? Avec une balance watt. Comment construisez-vous une balance watt? Avec lego, bien sûr.
Une balance de watt ressemble à une échelle à double armement où un poids peut être comparé à un autre poids de la masse connue. Au lieu d’utiliser deux bras, une balance de watt n’a qu’un bras, mis en équilibre par un courant circulant à travers une bobine. La puissance mécanique dans la balance – provoquée par tout ce qui est sur la plaque de solde – peut ensuite être comparée à la puissance électrique et finalement la constante de Planck. Cela fera bientôt partie de la définition formelle du kilogramme et oui, un dispositif à mesurer cela peut être fabriqué à partir de Lego.
Les seules principales pièces non lego de la balance de la LEGO WATT sont quelques bobines de fil de fil autour d’un tuyau en PVC et de quelques aimants de néodyme. Celles-ci sont placées sur les deux bras de la balance et une paire de lasers sont utilisés pour s’assurer que les deux bras de la balance sont de niveau. Les données sont collectées en mesurant les bobines à travers quelques goupilles analogiques sur un Labjack et un phidget. Une fois que la tension et le courant induit dans chaque bobine sont mesurés, la puissance de la puissance peut être calculée, puis la constante de Planck, et enfin de la fermeture de la masse sur la balance du panoramique, d’un kilogramme réel et idéalisé. Bien qu’il soit fait de Lego, ce système peut mesurer une masse de gramme à 1% d’incertitude.
Les auteurs ont inclus une liste de pièces LEGO, dont beaucoup pourraient être trouvées dans une immense baignoire de LEGO dans un placard de 8 ans. Le seul article vraiment cher sur la naissance est un DAQ USB 16 bits; En dehors de cela, c’est quelque chose que quelqu’un peut construire.
Merci [Matt] pour la pointe.