Измерение константы Planck с LEGO

почти 130 лет, килограмм определяется небольшим цилиндром Platinum и Iridium, сидя в хранении за пределами Парижа. Каждая другая единица измерения определяется воспроизводимым физическим явлением; Второе – точное количество колебаний атома цезия, а счетчик – это длина света, перемещается в 1/299792458-й секунды. Только килограмм определяется фактическим объектом, пока Nist и Международный комитет весов и шагов определяют его как функцию константы Planck. Как вы измеряете константу Planck? С ваттом балансом. Как вы строете баланс WATT? С Лего, конечно.

Баланс WATT выглядит как двойное вооруженное значение, где можно сравнить один вес с другим весом известной массы. Вместо того, чтобы использовать два оружия, баланс Watt имеет только одну руку, приведенную в баланс током, протекающим через катушку. Механическая мощность в балансе – привлечена к тому, что находится на балансе – затем можно сравнивать с электроэнергией, и в конечном итоге константа Planck. Это скоро будет частью формального определения килограмма, и да, устройство для измерения этого можно сделать из LEGO.

Единственными основными частями без легов в балансе LEGO WATT являются несколько катушек проволочной намотки вокруг трубы ПВХ и несколько неодимовых магнитов. Они размещены на обеих руках баланса, и пара лазеров используется для обеспечения того, чтобы обе руки баланса были уровня. Данные собираются путем измерения катушек через несколько аналоговых пинов на Labjack и Phidget. Как только измеряется напряжение и ток, индуцируемый в каждой катушке, может быть рассчитана мощность, затем постоянная планка, и, наконец, насколько близко масса на балансе на реальном, идеализированном килограмме. Несмотря на то, что вы издаваете LEGO, эта система может измерить грамм массу до 1% неопределенности.

Авторы включали список запчастей LEGO, многие из которых можно найти в любой огромной ванне Lego в шкафу 8 лет. Единственный действительно дорогой предмет на BOM – это 16-битный DAQ USB; Помимо этого, это то, что кто-то может построить.

Спасибо [Мэтт] для кончика.