Frage von FrbA248, 126

Wie schnell muss ein Objekt sein, damit es die Lichtschranke nicht auslöst?

Hallo zusammen

Heute beim Arbeiten have ich mir überlegt, wie schnell ein Objekt sein muss, damit eine Lichtschranke (Laser mit Reflektor) es nicht erkennt. Müsste das Objekt schneller als Lichtgeschwindigkeit sein?

Antwort
von Tobihogh, 57

Die Lichtschranke kann nur in einem bestimmten Takt auslesen. Somit würde sie einen Gegenstand nicht erkennen wenn dieser vollständig zwischen den Auslesezyklen die Lichtschranke durchquert. Da diese im Mega Herz bereich liegen können (sagen wir mal ein viertel ATMega328 mit oszi Takt: 4 MHz) würde der Sensor 4 Millionen mal pro Sekunde ausgewertet werden. Das bedeutet: 1000ms / 4*10^6 = 0,00025ms. Also müsste das Objekt in 250 Nano Sekunden die Lichtschranke durchqueren. Bei einer länge von 1 cm: v = s/t
v = 1cm / 250ns = 0,01m / 2,5*10^-9 s = 4000000 m/s

Lichtgeschwindigkeit ist: 299.792.458 m/s

Kommentar von Stoerakustik ,

Gute Antwort, Daumen hoch

Kommentar von Franz1957 ,

Was hindert uns denn daran, einen Trigger dazwischenzuschalten, der auch kürzere Ereignisse mitbekommt und in hinreichend langen Impulsen an die Logikschaltung meldet?

Kommentar von Tobihogh ,

Danke, du hast recht, ein Trigger kann signale von einer wechselzeit bis zu 15ns triggern. Ähnliche Werte würden auch für fast alle Logig-Bausteine ohne Takt zu treffen. Also für unser Beispiel:

v = 1 cm / 15ns = 0,01m / 1,5 * 10^9s = 666,667 Mm/s

Kommentar von Tobihogh ,


Wenn unsere Schaltung keinen Takt hätte wären wir nur durch die
Zeit die die Bausteine zum erkennen einer Flanke benötigen begrenzt. Ansonsten kann mit einem Trigger auch keine zwei schenelle Signale direkt hintereinander bearbeiteten, weil diese sonst als eins erkannt werden würden.



Kommentar von Franz1957 ,

Ja, wenn man die Ereignisse auseinanderhalten und zählen will, dann muß die ganze Apparatur schnell genug dafür sein.

Kommentar von Tobihogh ,

Ich hab in beide Rechnungen einen Fehler drinn. Und keiner hats gemerkt ;) Naja ist schon spät für Physik.

250ns = 2,5 * 10^(-7)s      und       15ns = 1,5 * 10^(-8)s

Dann ist die mittlere Geschwindigkeit in der das Objekt (mit einem Zentimeter) die Lichtschranke durchqueren muss ohne erkannt zu werden bei einem Auslesetakt von 4MHz 40 km/s und ohne Takt mit einem Trigger oder Logikbausteinen 666,667 km/s

Kommentar von styli1000 ,

Was sind diese 1000ms?

Kommentar von Tobihogh ,

eine Sekunde, Herz wird immer auf eine Sekunde angegeben.

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 37

Nein, müsste es nicht. Es müsste nur schnell genug sein, um die Lichtschranke als Ganzes durchqueren zu können. Wieviel das ist, ist antiproportional zur Länge des Objekts, denn es muss ja als Ganzes dadurch, bevor die Lichtschranke »was merkt«.

Antwort
von BBoyD, 29

Angenommen der Gegenstand, der die Lichtschranke durchfliegt, ist groß genug, dass er genug vom Lichtstrahl verdeckt: Man müsste schneller sein als das Gerät Dunkelzeiten registrieren kann. Wenn das Gerät beliebig kleine Dunkelzeiten messen kann, dann müsste die Geschwindigkeit gegen unendlich gehen, was ja nicht geht. Naja wenn man die relativistische Längenkontraktion beachtet, dann gegen Lichtgeschwindigkeit, damit der Gegenstand so kurz wird, dass das Gerät keine Abdunklung registriert.

Antwort
von JohnWilliams, 23

Wie gesagt es hängt ab von: Reaktionszeit des Empfängers, Länge des Gegenstands, vermutlich sogar breite des Lichtstrahls usw. Es ist echt eine interessante Frage. Nach längerem überlegen würde ich außerdem behaupten, dass wenn die lichtschranke technisch einwandfrei ist, dass es unmöglich ist diese auszutricksen, denn es wird, egal wie schnell es ist irgendwann die lichtschranke kreuzen, das ist nicht zu vermeiden. und das wird die lichtschranke feststellen, sofern sie maximale Leistung bzw Perfektion hervorbringen kann..

Kommentar von JohnWilliams ,

Nach weiterem überlegen muss ich die letzte Vermutung zurücknehmen, da es die Schranke ja kein "seil" oder ähnliches ist, was zerstört wird. Die frage ist mir zu kompliziert für heute abend, aber in deiner Berechnung bzw überlegung müsstest du auf jeden Fall die oben erwähnten Punkte einbeziehen und außerdem fällt mir Grad noch ein dass die Länge der lichtschranke selbst, also die Entfernung zwischen Sender und Empfänger quasi noch eine Rolle spielt. Je kleiner der Abstand, desto höher muss die Geschwindigkeit sein. Aber soviel sei gesagt: die Antwort Lichtgeschwindigkeit kann auf jeden Fall nicht richtig sein. vllt musst der Gegenstand weniger Länge besitzen als der Abstand zwischen Empfänger und Sender bei gleicher Geschwindigkeit oder so..

Kommentar von JohnWilliams ,

Nach längerem überlegen komme ich doch wieder zum ersten Entschluss dass es unmöglich ist wenn das Gerät perfekt ist, denn es würde selbst die allerkleinste Unterbrechung wahrnehmen. Also du musst auf jeden Fall auch die Leistung des Gerätes mit einbeziehen. So jetzt schickts.. vllt hab ich dir ja ein paar Ansätze geliefert.. LG

Antwort
von Chefelektriker, 62

Kommt auf die Reaktionszeit des Empfängers an.

Kommentar von FrbA248 ,

Wenn man den vernachlässigen würde?

Kommentar von Chefelektriker ,

Dann muß man nur schneller sein, als die Laufzeit vom Sender zum Empfänger oder in der Schule besser aufpassen.

Antwort
von Orney, 58

Je nachdem wie lang es ist

Kommentar von FrbA248 ,

Also wenn etwas x lang ist und es y Geschw hat, um die Schranke nicht auszulösen, dann muss es, wenn 2x lange, 2y Geschw haben?

Kommentar von JohnWilliams ,

klingt für mich plausibel frba248.. Ja.

Kommentar von FrbA248 ,

Gibt es Beispiele von Versichen oder Formeln?

Kommentar von Orney ,

Jo

Antwort
von Sneiper72, 12

Also wenn eine eine falsch Antwort gibt komm schnell viele richtige Antworten...;-))

Gruß

Sneiper72

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