En nøjagtig model af en Cepheid -variabel stjerne: 5 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Pladsen er stor. Meget stor. Astronomisk set kan man endda sige. Det har ingen betydning for dette projekt, jeg ville bare bruge ordspillet.

Det kommer ikke som nogen overraskelse, at der er mange stjerner på nattehimlen. Det kan dog overraske nogle, der er nye inden for astrofysik eller astronomi, at lære at der er mange forskellige typer stjerner. En bestemt type kaldes en Cepheid -variabel stjerne, og disse er smukke, interessante og nyttige alt i én. På et øjeblik ligner Cepheids ligesom enhver anden stjerne, men hvis du observerer en Cepheid et par nætter i træk, vil du bemærke, at det ser ud til at pulse, dets lysstyrke skifter til svagere og derefter lysere tilstande i løbet af et par dage. Observer længe nok, og du vil bemærke, at disse 'pulseringsperioder' ikke ændres. Det er det, der gør Cepheids unikke og nyttige - det viser sig, at deres pulseringsperiode er direkte relateret til deres størrelse, så hvis vi tæller den tid, det tager stjernen at gå fra lys til dæmpet og tilbage igen, kan vi fortælle, hvor stor den er. Vi kan derefter bruge dette til at finde ud af mere information om stjernen som hvor langt den er, dens faktiske lysstyrke (Luminosity) osv. Det er omtrent alt hvad du behøver at vide for at forstå, hvad der foregår med dette projekt, men hvis du er interesseret for at læne mere, så tjek denne Wikipedia -side om Cepheids.

Kun for sjov, kan du finde ud af hvilken Cepheid jeg modellerer i dette projekt? (Sporet er på billedet ovenfor, og svaret er i det sidste afsnit)

Forbrugsvarer

- Papir (18x54cm eller 7,1x21,3 )

- Arduino UNO og dets kabel

- Hvid LED x3

- 220 Ω modstande x3

- En 2x16 segment LCD

- Et 10 kΩ potentiometer

- Et loddefrit brødbræt

- M-M Breadboard Wires x12

- M-F Breadboard Wires x18

- Et 9v batteri og et strømstik

- Noget pap

- En 500 ml plastflaske

- Sort maling og Sharpie

- Malertape

- Superlim og varm lim (limpistolen vil også være nødvendig her)

- Saks

Trin 1: Stjernen

Det første problem, der skulle løses, var selve stjernen: Hvordan laver vi et nogenlunde kugleformet objekt, der både er æstetisk tiltalende og slipper igennem lys? Jeg besluttede origami ville gøre jobbet og så ledte online efter origami kugler. Jeg fandt en del, men de var enten ekstremt vanskelige eller fejlagtigt annonceret (seriøst var mængden af kubiske 'kugler', jeg fandt på tværs af Google, foruroligende). Efter et stykke tid fandt jeg dog en, jeg kunne lide, og som var relativt enkel at trække af efter et par øvelser. Instruktionerne er som følger, og der er en skabelon til foldning i billederne ovenfor.

1. Fold dit papir i 24 lige store strimler. Jeg vil anbefale at dele den i 3 og derefter folde hver sektion i to. Fortsæt med at halvere, indtil der er 24 rektangulære sektioner i alt. Foldene skal lave små dale i papiret. (Se de røde linjer i billede 2).

2. Vend papiret om, og markér i øverste højre hjørne af papiret. Tæl derefter 4 folder om og sæt endnu et mærke i bunden af den fjerde fold. Lav en diagonal fold mellem disse to mærker. Flyt derefter mærkerne to lige folder over og lav en anden diagonal fold der. Fortsæt med dette, indtil du har nået slutningen af papiret. (Se de grønne linjer på det andet billede).

3. Når du er nået til enden af papiret, skal du lave de samme folder, men skråt i den modsatte retning. (dvs. start i øverste venstre hjørne og gentag de diagonale folder fra trin 2 i den modsatte retning). Se de blå linjer i det andet billede ovenfor.

4. Find midten af den højre kant og markér den. Lav derefter en diagonal fold til bunden af den lige fold to folder over. Lav derefter en anden fold fra toppen af denne lige fold til midten af kanten. Gentag dette for venstre kant, igen til toppen og bunden af den lige fold to folder over. (Se de brune linjer på det andet billede for vejledning).

5. Til sidst skal du folde papiret for at lave kuglen. Jeg anbefaler at gå over hver fold, du har lavet, for at sikre, at de alle er veldefinerede. Kig på det sidste billede for at få vejledning, fold papiret, så fladerne på trekanterne mærket som A berører ansigterne på B -trekanterne. Efter det allerførste sæt folder skal den korte kant krumme til en halvcirkel, og når du har foldet alt, skal resultatet udfolde sig til at være broformen i billede 4.

6. For at komme fra broen til kuglen skal du forbinde enderne af broen. Jeg gjorde dette ved at placere ansigterne på de første diamanter fra hver ende på hinanden og lime dem sammen. Hold de to ansigter sammen og læg et par dråber superlim mellem dem for at holde dem på plads. Til sidst skal du sikre alle punkterne i toppen af stjernen ved at placere en dråbe superlim på stjernens spids. Jeg vil anbefale superlim til dette, da du ikke behøver at holde papiret sammen i evigheder, mens limen langsomt tørrer, og du begynder at stille spørgsmålstegn ved dine livsvalg. Det nederste punkt er, hvor ledningerne kommer ind, så lad det være åbent.

Jeg fandt at gøre stjernen til at være den mest komplekse del af dette projekt, men det var ikke så slemt, når jeg først fik styr på, hvordan man foldede papiret sammen. Jeg ville personligt bedømme denne kugle i en sværhedsgrad på 3 papirark. God fornøjelse og prøv ikke at skrige af frustration.

Trin 2: Basen

For at lave min base startede jeg med den lille vugge -ting, jeg fandt inde i påskeægskassen, jeg fik et par uger tilbage. Jeg vendte det ganske enkelt ud og ind, trimmede det ned i størrelse, så det var 7 cm (2,8 ") højt og malede det derefter sort. Du har muligvis ikke denne mærkeligt specifikke vare til rådighed, så jeg lavede en grov skabelon, så du kunne lave din egen ud af pap (se billede 2). Når du har gjort det, skærer du et cirkulært hul i den tynde ende af den øverste flade med en diameter på 4 cm (1,6 "), midtpunkt ca. 3,5 cm (1,4") fra toppen kant (Billede 4). Skær derefter et rektangulært hul 7x2,5cm (2,8x0,1 ") centreret 0,5 cm (0,2") fra den nederste kant. Lysene går gennem det cirkulære hul og LCD'et i det rektangulære.

Dernæst har vi brug for noget for at holde stjernen på plads. Jeg valgte ikke at lægge det direkte på hullet, da stjernens form ikke helt dækker hullet, så vi ville have kunnet se kredsløbet inde i basen, hvilket er lidt beskidt udførelse, hvis du spørger mig. For at komme uden om dette skal du bruge kuplen fra toppen af en 500 ml vandflaske (Lav snittet cirka 4 cm fra toppen, billede 6) og mal det sort (billede 8). Jeg efterlod et lille vindue i mit, så jeg stadig kunne se stjernens bund. Jeg tænkte, at det ville se pænere ud, end hvis bunden bare forsvandt i afgrunden. Jeg fandt ud af, at den sorte maling ikke klæbte for godt til flasken, så jeg lagde den i primer (billede 7), før jeg tilføjede farven. Desværre brugte jeg en oliebaseret primer, og resultatet var stort set lige så glat som før. Brug ikke en oliebaseret primer.

Efter maling lavede jeg et lille rør papir og farvede det i sort. Det blev derefter limet ind i flaskehalsen som vist på billede 9 med varm lim. Formålet med dette er at camouflere ledningerne, når de går gennem hullet og ind i stjernen, så røret skal være lige højt nok til at skjule alle de udsatte ledninger, men ikke høj nok til at fortrænge stjernen, når vi hviler det inde i flasketop (for højden, jeg skar min flaske, var den 3,5 cm). Du behøver ikke røret, hvis du ikke har efterladt et vindue i din flaske.

Det sidste trin var at fastgøre støtten i dets hul i basen. Påfør den varme lim på undersiden af kassen for at undgå at se det grimme rod (Billede 10).

Når du er færdig med at samle basen, skal du bruge en skarpstik til alle steder, malingen ikke nåede. Overdriv dog ikke skarpheden, det giver en skinnende finish end maling, og det vil vise sig i store mængder. Et par prikker her og der er dog fint.

Trin 3: Koden

Vedhæftet nedenfor skal du finde koden til elektronikken. Du skal blot downloade det og installere det på din Arduino. Hvis du ikke har Arduino IDE, kan du downloade den officielle version her. Vælg bare den version, der passer bedst til din enhed og dit operativsystem (jeg bruger version 1.8.12 til Windows 7 og nyere).

Inden du uploader programmet til dit board, skal du også have LiquidCrystal -biblioteket. Hvis du ikke allerede har dette bibliotek til rådighed, har jeg vedhæftet et link til det, jeg brugte herunder. Download blot.zip -filen og sæt den i den samme mappe som arduino -skitsen. Det er ikke nødvendigt at pakke det ud. Hvis programmet ikke kører, er her den officielle arduino -guide til installation og drift af biblioteker.

LCD bibliotek. (Jeg lavede ikke dette bibliotek, men det fungerer godt med projektet. Gå blot til linket og download version 1.0.7 fra under Downloads -sektionen. Fuld kredit går til bibliotekets forfatter, ikke mig).

Trin 4: Kredsløbet

Det første billede er kredsløbsdiagrammet for projektet. En ting du bør bemærke er, at lysdioderne er fastgjort til enderne af ledninger for at forbinde dem til brødbrættet, mens de er inde i stjernen. Du bør bruge M-F-ledningerne til dette og også til LCD-skærmen. Men som du måske kan se på det andet billede, havde jeg ikke nok M-F-ledninger ved hånden til alle forbindelser, så jeg improviserede med elektrisk tape og blu-tack. Jeg brugte elektrisk tape til at holde ledningerne til LED-benene (Billede 3), og jeg brugte blu-tack til at holde ledningerne til LCD-benene, da de blev ved med at falde af, sandsynligvis fordi stifterne var for små til, at båndet kunne klistre godt nok til at understøtte vægten af ledningerne. Du skal bruge M-F-ledninger, det er meget mindre belastende. Farvekoder også ledningerne, det fører til meget mindre forvirring.

Som det kan ses på det andet billede, brugte jeg et 9v batteri til at drive kortet, fordi det ville have været besværligt at få strøm til det via computerkablet.

Potentiometeret var indstillet til cirka halvvejs til dets maksimum (~ 5 kΩ), hvilket gav et godt kontrastniveau for skærmen.

Trin 5: Den sidste samling