PHYS 111LV lab 7

Java Python PHYS 111LV lab 7

Introduction: According to the syllabus,this is when we do torque and angular momentum.

However,such labs are difficult with a simple labkit.So instead,we will look at a pendulum.

We will not totally ignore toque,however,but instead will use it in the derivation of the period of a pendulum.

An ideal pendulum consists of a massless string or rod and a pendulum bob,which is a massive object at the end of the string or rod.The ideal bob is massive,but has a small volume and can be regarded as a point-mass.

The equation for the period of a pendulum can be found as follows:consider the suspension point of the pendulum as the center or rotation of the bob.Then the radius that the bob has from its center of rotation is L,the length of the pendulum.The moment of inertia of a point mass is

I=mL² .

When the pendulum makes an angle θ with respect to the vertical,the torque due to gravity on the bob is

t=-mg  L sinθ,

Where the negative sign comes from the fact that if we measure the angleθ as positive to the right,then the torque will induce a clockwise rotation which by convention in PHYS 111 is a negative torque.Using

α=a/L,

Where a is the angular accelerationof the bob,and a is the linearaceleration,we apply Newton's second law for rotations:

lα=Zt

Which gives us

mL²a/L=mLa=-mgLsinθ .

Now,the equation mLa=-mgLsinθ can be simplified.We notice that for small angles,the movement of the bob in the y-direction is very small compared to its movement in the x-  direction.Hence,the acceleration can be written as

a=ax

Lsinθ is x,so the equation for motion will be mLax=-mgx.Dividing by mL,we get ax=-(g/L)x.

This equation is to be compared to that for a mass on a spring.Newton's second law in this case becomes

ax=-(k/m)x,

where k is the spring constant,m is the mass on the end of the spring,and xis measured from the equilibrium position.The period of oscillation forthe mass at the end of the spring is

P=2π√m/k

Compa PHYS 111LV lab 7 ring the acceleration of the mass on the spring with that of the pendulum bob,we see   that if we replace k/mwith g/L,the accelerations are identical,indicating (and think about this a little)

P=2π√L/g

is the period of the pendulum.

Our main assumption in findingthis period is that the angle the pendulumswingsover is

“small”,which means that if you were to measure the maximum angle of the pendulum from vertical,that this angle in radians should be much less than 1.A good rule of thumb is under  about 20-degrees.

Description of Experiment: In this experiment use the lead fishing weight from your labpaq,or some similar weight as a pendulum bob.Use the fishing line attached to this weight to create a pendulum.Find some way to suspend the pendulum (tape on the top of a doorjamb works OK).Measure the period of the pendulum using a stopwatch.Try measuring the time for 10 periods.(A period is a complete cycle of motion).If the uncertainty in your stopwatch is about 0.2 s,then this would be the uncertainty in 10 periods,meaning the uncertainty in the single period would then be 0.02 s.

Try this with 5 different lengths of pendulum.

For each pendulum length,find the square or the period,P².Forthe five different pendulum lengths,plot P²vs L,that is plot a point with P²as the y-position and the length L as the x-position.Draw a line of best fit through these points,with error bars.Find the slope of the line of best fit,and an uncertainty in the slope of the line of bestfit (like you did in lab 2). Now according to one of the equations in the introduction,

P²=4π²L/g

So the slope of your line of best fit should be related to g,the aceleration due to gravity.What do you measure g to be,with uncertainty?

Is this consistent with the value of g you found in lab 1(use the z'test to test consistency). Please discuss anyissues,and if you had to measure g,whichmethod would you use,this  pendulum method,or the method from lab 1?

No questions this week         

该数据集通过合成方式模拟了多种发动机在运行过程中的传感器监测数据,旨在构建一个用于机械系统故障检测的基准资源,特别适用于汽车领域的诊断分析。数据按固定时间间隔采集,涵盖了发动机性能指标、异常状态以及工作模式等多维度信息。 时间戳:数据类型为日期时间,记录了每个数据点的采集时刻。序列起始于2024年12月24日10:00,并以5分钟为间隔持续生成,体现了对发动机运行状态的连续监测。 温度(摄氏度):以浮点数形式记录发动机的温度读数。其数值范围通常处于60至120摄氏度之间,反映了发动机在常规工况下的典型温度区间。 转速(转/分钟):以浮点数表示发动机曲轴的旋转速度。该参数在1000至4000转/分钟的范围内随机生成,符合多数发动机在正常运转时的转速特征。 燃油效率(公里/升):浮点型变量,用于衡量发动机的燃料利用效能,即每升燃料所能支持的行驶里程。其取值范围设定在15至30公里/升之间。 振动_X、振动_Y、振动_Z:这三个浮点数列分别记录了发动机在三维空间坐标系中各轴向的振动强度。测量值标准化至0到1的标度,较高的数值通常暗示存在异常振动,可能与潜在的机械故障相关。 扭矩(牛·米):以浮点数表征发动机输出的旋转力矩,数值区间为50至200牛·米,体现了发动机的负载能力。 功率输出(千瓦):浮点型变量,描述发动机单位时间内做功的速率,取值范围为20至100千瓦。 故障状态:整型分类变量,用于标识发动机的异常程度,共分为四个等级:0代表正常状态,1表示轻微故障,2对应中等故障,3指示严重故障。该列作为分类任务的目标变量,支持基于传感器数据预测故障等级。 运行模式:字符串类型变量,描述发动机当前的工作状态,主要包括:怠速(发动机运转但无负载)、巡航(发动机在常规负载下平稳运行)、重载(发动机承受高负荷或高压工况)。 数据集整体包含1000条记录,每条记录对应特定时刻的发动机性能快照。其中故障状态涵盖从正常到严重故障的四级分类,有助于训练模型实现故障预测与诊断。所有数据均为合成生成,旨在模拟真实的发动机性能变化与典型故障场景,所包含的温度、转速、燃油效率、振动、扭矩及功率输出等关键传感指标,均为影响发动机故障判定的重要因素。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
08-13
### 三级标题:PHYs 在 IT 上下文中的含义与作用 在 IT 与通信领域中,**PHYs** 通常指的是 **物理层(PHY)设备的复数形式**,即“Physical Layer Devices”。它们是网络通信架构中的关键组件,负责实现数据链路层与物理介质之间的接口,处理数据的编码、解码、传输和接收等底层通信任务。 在以太网、无线通信、USB、PCIe 等各种通信标准中,PHY 芯片或模块负责将数字信号转换为适合在物理介质上传输的模拟信号,反之亦然。例如,在以太网中,PHY 芯片负责将 MAC 层的数据帧转换为可以在双绞线或光纤上传输的电信号,并执行诸如自动协商、链路状态检测、时钟同步等功能。 在嵌入式系统和 SoC(System on Chip)设计中,PHY 模块常常作为独立的硬件单元存在,也可能被集成到主控芯片内部。例如,Linux 内核中对网络设备的初始化和管理涉及对 PHY 的探测、配置与状态监控,通过 `phy_connect()` 函数将 MAC 层与 PHY 层绑定,并通过 MDIO(Management Data Input/Output)总线进行寄存器配置和状态读取。 在设备树(Device Tree)中,PHY 的配置通常包括其地址、接口模式(如 RMII、RGMII)、连接状态检测方式等信息。例如: ```dts ethernet@1a4 { compatible = "stmmac"; st,phy-mode = "rmii"; phy-handle = <&phy0>; ... mdio { #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; phy0: ethernet-phy@0 { reg = <0>; }; }; }; ``` 在驱动层面,Linux 内核提供了统一的 PHY 子系统(`include/linux/phy.h` 和 `drivers/net/phy/`),用于抽象和管理不同厂商的 PHY 芯片。系统启动时会通过 `phy_probe()` 函数探测连接的 PHY,并调用其驱动程序中的 `config_init()` 和 `startup()` 回调函数进行初始化和链路建立[^2]。 此外,在虚拟化和 IOMMU 环境中,DMA 操作涉及物理地址(PHYS)与 IOVA 地址之间的映射管理。虽然这与 PHY 层无直接关联,但某些设备驱动可能需要在配置 PHY 的同时处理底层内存映射,例如在设置网络数据传输缓冲区时确保 DMA 可访问性[^3]。 ### 三级标题:PHY 的典型配置与调试 在实际部署中,PHY 的配置错误可能导致链路无法建立或通信不稳定。常见的调试手段包括: - 使用 `ethtool` 命令查看 PHY 的状态、速率、双工模式等信息; - 通过 `mii-tool` 或 `phytool` 读写 PHY 寄存器; - 检查设备树中的 `phy-mode` 是否与硬件设计一致; - 在内核日志中查看 `PHY: xxx` 相关输出,确认 PHY 初始化流程是否成功。 例如,使用 `phytool` 查询某个 PHY 的寄存器状态: ```bash phytool read eth0 ``` 该命令将显示 PHY 的基本控制寄存器(MCR)、状态寄存器(MSR)等信息,有助于诊断链路状态、自动协商状态等。
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