Introduction: DEF: Interfererende Golven in Een Waterbak

By

De volgende voorwerpen / onderdelen zijn benodigd om deze demonstratieproef op te bouwen:

  • 1000 x 1000 mm PMMA (polymethylmethacrylaat, perspex) plaat van 2mm dik
  • Watervaste lijm en kit
  • Lasersnijder
  • 3D printer met minstens 4 meter filament
  • Arduino UNO Board (zoals: Arduino UNO Board)
  • Kleine servomotor (zoals: robotshop micro servo)
  • Duct tape
  • Schuurpapier
  • Overheadprojector

Step 1: De Waterbak En Het Tussenschot

De waterbak voor dit experiment is een doos zonder deksel. Het ontwerp voor deze bak is gegenereerd met MakerCase, een gratis online tool. De te gebruiken instellingen voor dit programma zijn van boven naar beneden:

  • Width: 500 mm
  • Height: 150 mm
  • Depth: 300 mm
  • Outside dimensions
  • 2mm thickness
  • Open box
  • Finger joints (size: 6)

Met deze instellingen kan een 'box plan' gedownload worden uit de tool, wat vervolgens met een lasersnijder uit de 100 x 100 cm PMMA plaat gesneden kan worden.

Vervolgens moet de box in elkaar gezet worden, dit kan door de 5 losse delen in elkaar te schuiven nadat de 'finger joints' gevuld worden met lijm. Om de box vervolgens waterdicht te maken wordt nadat deze lijm is opgedroogd aan de binnenranden kit aangebracht, en aan de buitenranden duct tape. Het resultaat hiervan is de doos zoals in de bovenstaande afbeelding.

Het tussenschot is ook een deel wat uit de PMMA plaat gesneden wordt (ontwerp zie afbeelding). De afmetingen op deze schets zijn in milimeter, deze plaat zou precies in de waterbak moeten passen. Dit tussenschot kan vastgezet worden, maar dit is niet vereist. Wel wordt aangeraden om zoals op de bovenstaande afbeelding ongeveer 15 cm van de achterwand (korte zijde) van de waterbak aan de onderkant aan weerszijden twee korte strips van PMMA 2 mm uit elkaar (de dikte van het tussenschot) vast te lijmen zodat het tussenschot tussen deze strips in de bak geschoven kan worden en stabiel op dezelfde plek blijft hangen.

Step 2: De Aandrijving

Om de interferentie van golven aan te tonen zullen er eerst golven opgewekt moeten worden. Dit kan gebeuren door met een vinger op en neer het water in te bewegen, maar dit genereert een onregelmatige golf. Om een regelmatige golf aan te drijven is een lineaire actuator gebruikt, bestaande uit een servomotor en enkele 3D-geprinte onderdelen.

De bestanden en instructies benodigd om deze actuator te maken zijn te vinden op: Thingiverse - Linear Servo Actuators

Omdat met een kleine servomotor gewerkt wordt zal het kleine model van deze actuator geprint moeten worden. Dit model bestaat uit de bestanden "Motor_Bracket_Mini_Version.STL", "Pinion_Gear_Mini_Version.STL" en "Pusher_150mm_Long.STL".

Nadat deze onderdelen geprint zijn moet gecontroleerd worden of ze goed op elkaar aansluiten, en waar nodig kan met schuurpapier ervoor gezorgd worden dat de onderdelen beter in elkaar passen. Het in elkaar zetten van de aandrijving is eenvoudig: Steek de langwerpige 'pusher' in het grote geprinte 'motor bracket', en schroef de servo vast aan deze 'motor bracket' zoals op de bovenstaande afbeelding. Zet vervolgens het tandwiel op de servomotor.

Step 3: Assembleren Van De Opstelling

Om van de gebouwde onderdelen in de vorige stappen daadwerkelijk een demonstratieproef te maken hoeft enkel de bak nog gevuld te worden met een laagje water, hoog genoeg zodat het wateroppervlak zich ongeveer 1 à 2 centimeter boven de onderrand van de slits bevindt. Vervolgens moet deze bak op de overheadprojector gezet worden, en kan deze aangezet worden.

Voor de aandrijving zal de servomotor aangesloten moeten worden op een Arduino UNO Board, zoals op de bovenstaande afbeelding. Deze Arduino moet vervolgens op een laptop aangesloten worden waarmee een op de volgende code gebaseerde code wordt geüpload: Arduino Sweep Code. Om frequente golven te genereren wordt deze code op twee plekken aangepast. In beide gebruikte delay commands wordt delay(15) veranderd in delay(2) om de frequentie van de actuator te verhogen. Ook wordt het getal 180 in "pos <= 180" en "pos = 180" in de code veranderd naar 45, om de draaihoek van de servo en dus de amplitude van de actuator te verkleinen.

Oorspronkelijk was het idee om deze aandrijving te bevestigen aan de zijwand van de waterbak, maar deze bleek mee te trillen, en hierdoor extra ongewenste golven in de bak te maken die duidelijk zichtbaar waren op de projector. Om dit te voorkomen wordt het motorblok simpelweg vastgehouden zodanig boven het wateroppervlak opdat de actuator golven genereert.