Icon up Overzicht

Een zelfgemaakte hoeksensor ijken

Onderwerp: Kracht en beweging

In de topsport zijn de verschillen tussen winnen en verliezen vaak erg klein. Daarom is het belangrijk om alles tot in de puntjes voor te bereiden. Hiervoor moet soms een nauwkeurige analyse van de beweging van een sporter gemaakt worden. Bij een sport als hoogspringen kan de hoek tussen onder- en bovenbenen bepalend zijn of een sprong succesvol afgerond wordt, zie figuur 1. Met behulp van een hoeksensor kan tijdens trainingen deze hoek gemeten worden. In dit artikel bekijken we hoe je zelf zo’n hoeksensor kan maken, en hoe je hiermee met behulp van Coach metingen kan uitvoeren.

Figuur 1: bij het hoogspringen kan de hoek tussen onder- en bovenbenen bepalend zijn of een sprong succesvol afgerond wordt.

Sensoren

In de natuurkunde wil je vaak de waarde van een bepaalde grootheid te weten komen. Met een thermometer kan je bijvoorbeeld te temperatuur bepalen. Voor veel apparaten is het ook van belang om de waarde van bepaalde grootheden te meten. Om de temperatuur in een kamer goed te kunnen regelen zal een thermostaat in ieder geval moeten weten hoe warm het is. In de thermostaat zit dan ook een temperatuursensor ingebouwd.

Een sensor is een apparaat dat een natuurkundige grootheid, zoals de temperatuur of een hoek, omzet in een spanning. Als de temperatuur verandert, zal de spanning van de sensor ook veranderen. Deze spanning kan vervolgens met een voltmeter of een computer gemeten worden.

Als je de spanning van een temperatuursensor weet, weet je alleen nog niet zomaar hoe warm het is. Je zal eerst moesten uitzoeken welke spanning bij welke temperatuur hoort. Dit kan je met een simpel experiment doen. Pak een bekerglas met water en zet er een thermometer en een temperatuursensor in. Verwarm het geheel vervolgens met een brander. Schrijf voor elke 10°C op wat de waarde is van de temperatuursensor. Als het water bijna begint te koken stop je de meting en maak je een grafiek met de temperatuur op de horizontale as, en de spanning op de verticale as. Een voorbeeld van zo’n grafiek zie je in figuur 2. Een grafiek waarin je kan aflezen welke waarde hoort bij een bepaalde spanning noemen we een ijkgrafiek. Het maken van een ijkgrafiek noemen we het ijken van een sensor.

Figuur 2: voorbeeld van een ijkgrafiek van een temperatuursensor. Zie voor meer informatie de opdracht rechts in te kantlijn: Een temperatuursensor maken.

Hoekmeter bouwen

Als basis voor een hoeksensor gebruiken we een potentiometer. Dit is een variabele weerstand waarbij de weerstand verandert kan worden door te draaien. Potentiometers worden in allerlei elektronische apparaten gebruikt als draaiknoppen, bijvoorbeeld als volumeknop in je stereo.

Figuur 3: (links) de hoekmeter die gemaakt is door een potentiometer vast te maken aan twee latjes. (rechts) de hoekmeter bevestigd aan het been van de auteur.

Nu pakken we twee latjes. De potentiometer maken we vast aan één latje. Het andere latje maken we vast aan het draaibare gedeelte van de potentiometer. In de linker foto in figuur 3 zie je een voorbeeld. De hoekmeter kan je vervolgens met elastieken of tape aan je been vast maken. Dit zie je in de rechter foto in figuur 3. Maar voordat we dit gaan doen moeten we de hoekmeter eerst nog ijken!

Figuur 4: de hoekmeter aangesloten op het Coach paneel.

Hoekmeter ijken

De hoekmeter kan je aansluiten op het Coach paneel, zoals weergegeven in figuur 4. Start vervolgens het programma Coach op. De hoekmeter geeft een spanning af die afhankelijk is van de hoek tussen de twee plankjes. In het programma Coach wijzen we dus een voltmeter toe aan de aangesloten sensor. Als alles goed werkt zie je dat de weergegeven spanning verandert als je de hoek tussen de twee plankjes verandert. In het filmpje hieronder zie hoe je de hoekmeter vervolgens kunt ijken.

Zelfgemaakte hoekmeter ijken met Coach

En nu uitproberen

De hoeksensor is nu geijkt en kan voor een meting gebruikt worden. Ik heb er voor gekozen om de hoekmeter aan mijn been te bevestigen, zodat ik de hoek tussen mijn onder- en bovenbeen kan meten. Dit heb ik met een aantal elastiekjes gedaan (zie figuur 3), maar met tape blijft te hoeksensor waarschijnlijk beter zitten.

In mijn meting wil ik kijken hoe groot de hoek tussen mijn onder- en bovenbeen is als ik laag spring, en als ik hoog spring. Om de data na afloop goed te kunnen interpreteren maak ik een video met een camera, gesynchroniseerd met de metingen van de hoeksensor. Het resultaat kan je zien in onderstaand filmpje.

Meten met de zelf gemaakte hoekmeter

Het resultaat van deze meting is ook te zien in figuur 5. Zoals je in het filmpje kan zien is mijn eerste sprong niet erg hoog. Je ziet dit terug in de hoek tussen mijn onder- en bovenbenen. Voor het springen is deze ongeveer 90°, en bij het landen zak ik ook een beetje door mijn knieën, tot een hoek van ongeveer 130°. Mijn tweede sprong is hoger. Voor dat ik de lucht in ga buigen mijn knieën tot een hoek van ongeveer 70°, en ook bij het neerkomen buig ik door tot 90°.

Figuur 5: resultaat van de gemeten hoek tijdens twee sprongen.

Download bestand(CMR)
Je kunt hier het Coachbestand (800 kB) downloaden met de meetgegevens en het synchrone videobestand. Het bestand is een cmr-bestand. Wanneer het niet herkend wordt, is het raadzaam het bestand odner een nieuwe naam op te slaan met de extensie .cmr. Daarna opent het vanmzelf in het programma Coach.

Meer weten over het ijken van sensoren? Maak dan een opgave. Klik rechts in de kantlijn op de opgave van je keuze.

Met dank aan Dick van der Hoeven, technisch onderwijs assistent op het Canisius College locatie Berg en Dalseweg te Nijmegen, voor het bedenken en maken van deze hoekmeter.