Archive for the ‘缤纷生活’ Category

几个与“玩火”相关的有趣小实验

今天在微博上看到一个朋友的提问:
家里这个奶锅用了几个礼拜了,锅底的纸还没被烧掉,不理解啊[汗][汗]

小奶锅的纸没有被烧坏

小奶锅的纸没有被烧坏

看来生活中到处都充满了热爱学习的理工男:)。小奶锅的纸不会被烧坏,是因为它虽然处在熊熊烈火里,但是温度却并不高。它贴在导热性能非常好的金属锅底,锅里有开水的时候,由于沸点是稳定的,同时汽化热是很高的,能迅速带走热量。这样就会把最高温度维持在一百度附近,所以纸不会烧坏。(需要注意的是,跟汽化相对的是凝结,这时候也会释放大量的热量,所以被水蒸气烫伤往往比开水烫伤更严重)

想起以前看过的一些有趣的小实验,跟大家分享一下。

1. 纸锅烧水

这个 实验其实就是上面这个现象的进阶版,在生活最方便的实验环境就是纸杯+蜡烛了,直接从网上找个了图,有兴趣的兄弟回去可以试试 :)

纸锅烧水

纸锅烧水

2. 鲁珀特之泪

曾经有一次,老家的叔叔特地给我打电话说了一件怪事:他们家的玻璃台盆突然“爆炸”了,而且是炸成很小很小的颗粒状。当时他们正好全家都出门了,家里也没有开洗衣机或其他的东西。所以他们担心是家里进贼了,或者是不是中了什么邪。特地上网查了下,这是由于玻璃制品冷却不均匀产生的巨大内应力造成的。 作为家里的知识分子代表,我详细的给他们介绍了原理,总算打消了他们请道士驱邪的念头。

鲁珀特之泪是一个把内应力现象用到极致的有趣物理实验。操作也很简单:把玻璃在坩埚里烧化,然后迅速的倒入一桶冷水里。熔化的液滴就会形成漂亮的玻璃蝌蚪。

鲁珀特之泪

鲁珀特之泪

这只蝌蚪有种神奇的特性,它的脑袋很硬,你可以用榔头敲打,但是当你掰断它那细长的尾巴尖时,整个鲁珀特之泪就会在瞬间化为粉末!抄来的一段说明:
鲁珀特之泪碎裂的原理叫做“裂纹扩展”,源于其内部不均衡的压力:当熔化的玻璃滴入冰水中时,玻璃表面迅速冷却形成外壳,而壳下的玻璃还仍然是液态。等到核部的玻璃也冷却凝结时,由于体积变化,液态的玻璃自然而然地向着已经是固态的外壳收缩,导致靠近表面的玻璃受到很大的压应力、而核心位置则被拉扯向四周,受到拉应力。当尾部遭到破坏时,这些残余应力迅速释放出来,使得裂纹瞬间传遍全体、支离破碎,据高速摄影技术观测,其裂纹的传递速度可达秒速1450米-1900米。

眼见为实,转一个视频大家看看吧

3. 莱顿弗洛斯特现象

把一颗烧到红腾腾的铁球扔进水里会怎样?很多人觉得会有一番超级剧烈的、冰与火一般的缠斗,伴随着疯狂的气泡和各种难以忍受的声音……事实上,这颗高温的铁蛋会像糖心蛋一般,静静地躺在水底,同时身上带着一圈小气泡。

莱顿弗洛斯特现象

莱顿弗洛斯特现象

莱顿弗洛斯特是一名科学家,他在1756年发现,“液体不会润湿炙热的表面,而仅仅在其上形成一个蒸汽层”,这便是莱顿弗洛斯特现象。而具体到这个视频,当烧红的铁球被扔进水里,刹那间形成的水蒸汽,将把铁球包裹起来,就像是一个隔离带,将之与周围的水隔开,于是,我们就看到了最初的“糖心蛋”。
跟它类似的实验是,把一个铁勺子烧到滚烫,这时候倒一点儿水到勺子里。水并不会立刻像进油锅那样炸起来,而是缩成一个球状在勺子里“跳舞”。

4. 低温版莱顿弗洛斯特现象

对于液氮这样的低温液体,室温和人体的温度对它来说,就已经是“高温”了,所以就出现了很多有趣的低温版实验。

例如:把手伸进零下196度的液氮里和把手伸进零度的冰水里,哪个更冷?看一个很酷的图吧:

液氮实验

液氮实验

液氮遇到高温的人类爪子,会迅速的形成一层气体隔离层,而气体是热的不良导体,所以感觉上反而不如伸到冰水里冷。据说物理系的牛人们会做一个更可怕的实验,他们把少量液氮含到嘴里,就会看到液氮在舌尖上跳舞,然后嗤嗤的冒着白烟……

<End>

PS: 最近被朋友批评说更新的太慢了, 主要是因为四轴飞行器已经暂停很久,而且北京的冬天又脏又冷,没有合适的地方可以开工。但是想起来,生活中其实还是有一些好玩的事情,有时间的话还是应该多蹦跶出来和朋友聊聊。

再PS:不管是高温还是低温的实验,都是有危险的,请谨慎操作!最后转一个带着蛋蛋的忧伤,但是很好笑的帖子

本来我(指原作者mike)可以跟所有人一样顺利完成研究课题然后毕业的,但是两个月前的一件小事,却于我有意义,将我从既定的人生轨道拖开,使我至今忘记不得。当然你也许听说过那个所谓的谣言,主角就是在下,现在我可以亲口告诉你传说中的未删节版本。

在开学第二周,物理系组织了新生欢迎会。作为一项传统,我们用液氮来做冰激凌——当然它不是食用成分,而是作为冷凝剂。当一滴液氮落到桌子上时,它展示了奇异的舞蹈动作。于是新生们奇怪了:怎么会这样?

于是我解释道:氮气在接触到桌面时表面部分已经蒸发,形成一个气垫阻止它继续下落;并且起到隔热效果,减少了进一步的蒸发,因此它不会马上沸腾甚至不接触桌面,看起来就像在跳舞。

我又说了,同样原则可能适用于不小心用液氮洗手活当饮料喝下去的情况,原则上说喝下液氮应该不会造成伤害的。以我在低温实验室的多年经验,这在物理学上应该是可行的。

但是没有人相信我,“你会被整个儿冻成冰雕,就像《终结者2》里一样”。靠,敢蔑视师兄的权威,于是我倒了一杯液氮一饮而尽,爽!一股青烟从我鼻子冒出来,大家都呆了。

2秒后我崩溃了,瘫倒在地板上,动弹不得,感到极度的痛苦。救护车和警车一起赶到,把被终结的我送到医院。一路上没人能解释我是怎么了。

第二天我被病房里机器的滴滴响声中醒来,这时我终于承认喝下液氮是不对的,虽然这与我的信仰不符。

随后我了解到关于液氮的几件事。你能把液氮倒进嘴里然后表演喷烟,但是你不能把它吞下去。因为闭合的会厌阻止气体的逃逸,于是它们被迫进入你的体内;而且食道会压缩里面的任何东西,因此即便有稀薄的气垫保护,液氮还是与食道发生了亲密接触。

原来如此。6年前我曾经玩过这个把戏,但是没有吞下去过,昨晚上我一定是在某个环节搞错了。

结果我从会厌到胃底都被严重损坏。快速扩散的气体压迫胸腔,然后肺部都破裂了。在一整夜的手术后,医生们切掉一部分胃,用一台机器上运行我的整个消化系统,直到第二天我的肺功能开始恢复。

后来他们对我的恢复能力感到惊奇(靠!怎么说我也是大师兄)。几天后我能自己呼吸,一周后我能坐起来,两周后能走动和进食,八周后基本上都愈合了,除了一些不太好看的伤痕。

有个好消息就是,我是首个摄取低温材料的医学案例。强烈推荐你看最新的英格兰医学学报,将有三篇有关的文章。

因为这次冒险我多了一个外号叫硝基迈克(Nitro-Mike),以及给物理系增加了一个经典玩笑,偶尔学校的文章上还会提到我。”嘿,那不是迈克最喜欢喝的饮料吗?”

马上又要到新的一年了!

又到了一年总结的时间了。今年真是非常疲倦的一年,从年初就开始“大干一百天”,到现在还没有完全结束。所以非常遗憾,我的四轴飞行器计划从六月份暂停,至今还没重新启动。值得欣慰的是,公司的产品总算正式上线了,从alexa访问统计上看,那两个尖峰前后各对应一段催人泪下的加班 :D

云云网2012流量统计

流量统计

在这里顺便做一个小广告:我们公司是做搜索引擎的;如果你用Android手机玩新浪微博的话,切换到“广场”,里面的搜索就是由我们提供的。在电脑上也可以直接访问 http://www.yunyun.com 体验一下。这个搜索引擎的特点是加入了社交元素,如果你用微博账号登录的话,你和好友的微博内容,会对搜索结果产生影响。

跟制作无关的话就不多说了。半年前最后的工作进度是“微型四轴又失败了”,好多热心的朋友提了很多建议。比如电烙铁和焊锡丝质量不好,导致焊出巨大的锡豆;手工切割的PCB板过于粗糙,不对称而且增加大量自重;用绝缘铜丝代替电线等等。还有朋友给我发了PCB制板的软件和教程,wnq同学还给我邮寄了飞控板和机架。总之需要感谢的人太多了,如果没有你们的鼓励,这个小博客没准早就关掉了。

今年北京居然也经历了灾害级别的暴雨和暴雪,颇有世界末日的气氛。不过总算熬过了2012,可以放心开始新生活了。展望明年,还是充满乐观的。工作开始步入正轨,圈圈也上幼儿园了,新的一年要把扔下的事情再慢慢的捡起来。根据朋友们的建议,计划了下面几件事情:
1. 换一批小装备,至少要淘汰那个劣质的电烙铁,向正规军靠拢;
2. 学习PCB相关的知识,虽然是业余玩家,但总有用到的时候;
3. 第一个四轴太大,有危险;第二个四轴太小,带不动。下一步打算从头开始,做轴距20cm左右的;
4. 有时间的话,给磁悬浮减减肥,做到一个小盒子里;
5. 再有时间的话,把萝卜头改成手机+摄像头的版本;

前几天看到一个视频,很有意思,把小四轴放到一个仓鼠笼子里,这样调试起来就安全多了,而且跑起来非常有喜感,下次试验的时候就打算这么干了:

鼠笼里的四轴

鼠笼里的四轴

最后,祝朋友们新年好心情,心想事成,万事如意!:)

补上视频:

热水先结冰?

这几天不知道为什么,一条新闻被各个报纸转载:

【为何热水冻结更快?英国悬赏1000英镑求解】将一杯35℃的水和一杯100℃的水放入冰箱,100℃的水先结冰,这是为什么?此谜也称“姆佩巴效应”,培根和笛卡尔都曾试图揭谜,均告失败。现在,英国皇家化学学会向公众悬赏1000英镑破解,截止日期为7月30日。

如果你在网上搜一下,会看到很多答案,包括:越热的水散热越快、水中气体减少不容易结晶等等。
事实上十年前我读研的时候,就看过这个理论,当时觉得非常不靠谱,就做了一个实验。放了两杯水到窗外(当时北京正在冬季),事实证明这个理论基本是胡扯,冷水的杯子先结冰!

今天再次看到这些报纸转载,我决定再做一次实验。首先用一个量杯来保证两杯水是一样多的:

小量杯

小量杯

21:46分,同时放到温度为-18度的冰箱冷冻室,并且标上了冷热的记号:

冷水和热水同时放进冷冻室

冷水和热水同时放进冷冻室

我每隔几分钟就去看一次,到22:30分时,冷水杯表明出现薄薄的冰层,热水杯完全没有任何迹象。

冷水杯出现冰层,热水杯全是水

冷水杯先出现冰层

到22:50分时,热水杯出现薄薄的冰层,冷水杯上面冰层已经较厚了:

热水杯也开始结冰了热水杯出现冰层的时候,冷水杯已经比较厚了

到23点10分,冷水杯已经基本用手捏不动了,而热水杯底部还是软的。事实证明,还是冷水杯冻的更快!

哎呀,这么无聊的一个实验,我自己都觉得做的很不值啊。但是看到网上的各种原理说明,这些人就不能动手做一个毫无成本的实验吗?

微型四轴加电机的简单尝试

这段时间比较萎靡,工作忙,身体状态也不太好,基本上处于停滞状态。上次大家提了很多好建议,比如换模块、换电机或自制PCB等等。zxzxy1988同学还给我发了制板的软件和教程,另外还有焊接的技巧,真是非常感谢。

因为时间有限,我暂时还没有尝试这些建议。当时答应darkorigin做一个简单的加电机的实验,就是把4个电机换成8个,今天算是有个回应。其实就是简单的并联,把另外4个电机直接用胶棒粘到原来的4个电机上,大头朝下,转向相反。

加上去的电机

加上去的电机

拖拖拉拉两个星期,今天终于下决心把这些电机们焊上了(主要是到了晚上就迷迷糊糊的:D ),看上去非常非常非常的山寨……

“8桨”飞行器

“8桨”飞行器

加上4个电机后,飞行器重量从46克变成了58克。刚才试飞了一把,这次居然真的离地了,但是需要把马力开到最大。
因为上下两个电机互相干扰可能有些损耗,所以估算每个空心杯电机的升力大概是10克左右。

目前我还没有加上读传感器和调节转速的代码,所以只是简单的试了试能否起飞。把马力调到最大后,小四轴摇摇晃晃的升起来。比较神奇的是,虽然没有平衡的程序,但是它基本是水平的,没有像大四轴那样翻滚直接坠毁。不过依然会侧飞,然后撞上了墙壁,最后掉进橱柜下面一阵乱撞。从照片里可以看到打坏了一个小叶片,不过说实话,小四轴比我想象的结实多了,这样乱撞居然只坏了一个小叶片。

总体来说,如果最大马力才能够勉强升空的话,基本上靠它调节平衡是不行的,因为转速没有调节的范围了。另外一个可能的结论是,小四轴的平衡性会比大四轴好一点,如果能顺利升空的话,也许调节起来会比大四轴容易些。

这次小四轴的尝试基本算是失败了,接下来可以考虑给它减肥。比如某位朋友说的,把arduino nano换成mini版;另外蓝牙可以不需要那个降压模块;3.7V到5V的升压模块应该用一块芯片就可以搞定;那个低电量报警的小喇叭改用一个闪烁的led;传感器导线可以改用漆包线;背后那个支架PCB如果是自制板的话,应该也可以减少部分重量。如果体重能够减到30克以内,估计升空应该就没问题了。
另外的想法是考虑再大一点的空心杯电机和螺旋桨,一个顶现在两个的。假设升力能到60克,然后把体重控制在40克左右,这样将来还能挂载点其他配件。接下来准备买几个其他型号的小电机测量下升力,另外学习下画PCB。哎呀,又将是一个大周期……

继续败家 :)

最近北京不是刮风就是下雨,完全不合适试飞,所以做了些乱七八糟的杂事。

首先用铁丝给四轴加了一些防护网,因为每次试飞出错,总是把叶片打碎或者电机打弯。买几个叶片倒不是什么大事,主要是每次都要回家修一次周期实在太长了。看上去好像不太结实,还不知道有没有效果,等周末去试试。

铁丝网

铁丝网

另外,下单买了好多东西,看能不能从小一点儿的四轴做起。这样的话在室内就可以做各种测试,可以把周期缩到很短,先积累一点儿经验。这是今天刚到的空心杯小电机和arduino nano小板子,以及一块小电池:

做小四轴的散件们

做小四轴的散件们

兵分几路,同时还在看wnq同学发给我的cacm飞控板的资料,打算这几天再搭一个现成飞控的四轴起来 :)

企图修改电调PWM频率的实验

之前控制电调的PWM频率是50Hz,怀疑可能是这个频率较低,所以导致了四轴飞行器无法平衡。今天特地做了一个小实验,用两个参数:
一个调节油门,用0~200控制油门的高低;
一个调节频率,计划从50Hz实验到450Hz。

我使用的电调是天行者SKYWALKER 20A无刷电调。在实验中差点发生危险,当频率不在50Hz时,调节油门电机完全不动;这时候把频率调回50Hz,因为之前的油门值设置的很大,所以瞬间就升到了很大的转速,一片有裂纹的叶片直接甩断飞出来。可能是震动太大把蓝牙弄松了,所以用手机关闭电源未遂,最后我从后面拔掉了电源线才算完事。
当然目前就说PWM不可改有点武断,可能代码中还有逻辑错误。今晚不打算试了,虎口震的发麻,心有余悸的……

小结:
1. 任何时候,开通电机前都要戴好护目镜;
2. 测试电调和电机时,应该把叶片拆掉;
3. 调节参数时,应该先把一些危险参数还原;

下面是使用的代码,明天拆掉页面继续实验。

void loop()
{
  long t0 = micros(); //记录进入loop的时间
  while(Serial.available()) {
    // 这里是获取控制指令
    pushData(Serial.read());
  }
  double frequency = ctrlFreq * 2 + 50;  //(ctrlFreq 0~200对应50到450)
  double T = 1000000 / frequency; // 一个周期的微秒值
  double len = (0.9 + ctrlPower / 200.0) * T / 20;  //(ctrlPower 0~200对应总周期0.9ms~1.9ms)
  delayMicroseconds(t0 + T - len - micros());
  for(int i = 0; i < 4; i++) digitalWrite(motorPins[i], HIGH);
  delayMicroseconds(len);
  for(int i = 0; i < 4; i++) digitalWrite(motorPins[i], LOW);
}

半个月没啥进展

上次说到减小重力传感器的读数权重,得到了比较好的角度波形图。充满希望的去试飞了一次,结果还是非常不稳定。
正好这两周很忙,这件事情就被搁置了,正好有时间仔细的回想思考问题。

这次又发现了一个潜在的可能原因,就是控制电调(电子调速器)的PWM频率。当时看说明书,提到电调需要工作在50Hz的PWM条件下,这样一来,实际上我费尽心思把角度读数采样提高到350Hz是没有意义的,因为读7次角度后才会修改一次电机转速。

刚才搜到了一篇文章,提到了以下内容(来自5imx
控制频率低,普通电调在设计的时候大多考虑的是标准PWM(PPM)脉宽,而标准PWM(PPM)的控制频率只有50Hz即20ms一个周期。虽然标准的PWM只有50Hz的控制频率,但多数电调都能工作在比这个高的多的范围内而不会有任何异常。在我们测试过的电调中,它们基本上都能很好的工作在200Hz到300Hz的控制频率上,但这个频率只能满足一般的需求。

这样说来,适当提高PWM的频率还是有点希望的,但是这个是不是问题的罪魁祸首还不能确定,只能改改看了。
之前做磁悬浮的时候,曾经找过资料,可以把Arduino的系统PWM提高到1000Hz以上,所以看上去比较稳定。但是这个系统的PWM用在四轴上却有点问题,因为电调的转速区间很小。对于50Hz(20毫秒)的PWM来说,控制转速的区间大约在0.9ms到2.1ms之间。对应的Arduino的PWM值范围是12到26之间,也就是说从最低转速调到最高转速,只有14级的范围。这个跳跃的范围有点过大了,而且从我实测的经验看,19还飞不起来,20可能就已经飞的很高了 :(

所以这次还需要对程序进行比较大的修改,同样需要在代码中直接用DigitalWrite操作PWM输出,希望这次能有好运!

四轴飞行器首次试飞小结

今天的天气非常好,蓝天白云,风平浪静,阳光明媚,万物复苏,狗熊撒欢……想一想四轴飞行器已经在阳台上挂着试飞过若干次了,今天终于要摆脱枷锁,真正试飞一次。

于是携带专用摄影师圈圈妈,来到了附近的小绿园。因为最近剃了光头,所以脑袋还是挡一下吧,以免吓到小盆友和花花草草:

四轴飞行器首次试飞

四轴飞行器首次试飞

现在还没有加上超声波测距传感器,不能测量离地高度。因为觉得可以控制电机转速,所以觉得没有它也问题不大。

不过从试飞看来,没有这个测距传感器还是很不方便的,主要有以下几个原因:
1. 有效量程较小,我设置的量程是0~200,对应电机的最小和最大转速;但是转速到60的时候才刚刚离地,到80就已经接近失控;
2. 手机控制过于灵敏,手指头稍微动一下,十几二十就出去了;
3. 控制距离比较短,只能支持10多米,总担心飞出控制范围;

下面的视频是第一次正式离地,总的来说,离地还算平稳。第一次没敢使劲飞,一起来我就向下调油门。结果有点心急了,搞得像坠毁似的。
从离地表现看来,陀螺仪和重力传感器应该是工作正常,姿态平衡算法也还勉强凑合。Ar.Drone使用的是ARM芯片,读数采样率可以达到500Hz,而我这个Arduino目前只优化到350Hz,第一次试飞能直上直下还算满意了。

随后又试了几次类似的低飞操作,终于决定卯足劲飞高点。于是把油门推到80,结果瞬间就蹿到了十米高左右。
要知道这家伙如果超出蓝牙控制范围,就会保持这个速度乱飞,谁知道会发生什么事情呢?
那边还有几个打太极拳的老头老太太,再过去是一群小P孩,数千转的螺旋桨跟飞刀也差不多了……
太恐怖了,所以马上遥控降落,结果再次操作过快。这次从高空重重摔在地上,好不容易焊好的那块扩展板被震松了,所有的电机全部罢工。
第一次试飞只能到此结束啦。

这是由美女摄影师拍摄的坠落现场:

阶段总结:
1. 量程控制应该改进成非线性的,0~60可以缩短一点,60~90可以拉长一点(对应手机上的控制距离)。这样遥控的时候,在有效量程内就不会手忙脚乱的,一哆嗦就上天或者坠落。
2. 是时候加上超声波测距了,目前陀螺仪和加速度计都工作正常。如果能够测量离地高度,就可以比较平稳的悬浮。
3. 四个腿应该捆上点泡沫缓冲,不然高处坠落的时候,非常容易损坏零部件。
4. 蓝牙的遥控距离确实有点短了,一不留神就飞出10米远。接下来可以考虑wifi控制,或者捆一个手机上去,用另一个手机控制。
5. 添加意外处理,万一真的失去控制,应该平稳降低电机转速下降,否则的话一定会有安全隐患。

欢迎各路英雄提出宝贵意见 :)

四轴飞行器

最近工作压力稍微小了一点,开始蠢蠢欲动,准备跟风做一个四轴飞行器。
简单的查了点资料,在淘宝上居然已经有2000元以内的产品卖了,而且可以手机遥控、带摄像头、自动平稳….
真是情何以堪啊,我们这些DIYer不仅做出来没人家好看,而且可能要花更多钱。
好吧,唯一能安慰自己的就是,自己动手做的会觉得更爽一点,就好比你不会去街上买个娃回家一样 :) (别想歪了,我并没有说“制作娃的过程更有乐趣”)
 
有人推荐了两个开源的四轴飞行器网站:
http://www.mikrokopter.com/ucwiki/MikroKopter (这个简直是坑爹,貌似是德语的)
【补充】据好心的ktrym提醒,这个网页有英文版的:http://www.mikrokopter.com/ucwiki/en/MikroKopter
http://ng.uavp.ch/moin/FrontPage (虽然我不太喜欢英文,但是跟上面那个比,这个就很亲切了)

在淘宝搜了下,各色零件似乎都有卖的,而且方案很多。我希望能做一个带视频传输的,用手机可以控制的版本。
具体是用蓝牙、WIFI还是3G暂时没有想好,各种飞控和电调也还需要继续调研。总之现在处于摸索阶段,欢迎有经验的童鞋们一起讨论。

补充几个资料:
http://code.google.com/p/arducopter/wiki/ArduCopter
http://gaishi.vicp.net/

迈克尔逊干涉仪后续报道

之前介绍过老薛的自制迈克尔逊干涉仪,当时生成的是鱼鳞状的干涉条纹。经过这些天的探索,现在已经可以生成环形的干涉条纹,看上去跟专业干涉仪基本一致啦。

据说秘诀在于把放大镜放到激光刚刚射出的位置,这样进入干涉仪的光是一个比较大的光斑,而且要调节反射镜使得两块光斑非常好的重合。

看效果图吧:

迈克尔逊激光干涉仪

迈克尔逊激光干涉仪

另外还有视频放送: