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加速度センサが検知しているもの

「加速度は、単位時間当たりの速度の変化量であり、速度を時間で微分することで求められる」というのは、高校物理で教わることです。

移動距離と時間の関係を求めて、そこから速度を求め、さらに加速度を求める、微分を2回行うことで加速度が求まるわけですね。

Acceleration_2 ところで、加速度センサは「移動距離と時間から・・・」なんてまどろっこしいことはしていません。力=質量×加速度の関係から、センサ部に加わる力を検知しています。正確には、力が加わることによる変形率(ひずみ)を検知しています。

弾性限度内では、応力とひずみは比例します(フックの法則)から、ひずみから力そして加速度へは簡単な比例式で換算できます。

加速度センサはこのひずみを電気信号に変換する役割を果たしていて、その方式に、静電容量や圧電効果・電気抵抗ひずみゲージなどがあります。

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慣性にしたがって静止しているか等速直線運動をしている物体が、その運動を変化させるとき、すなわち加速度運動になると、加速度を生じさせている外力が加わっており、それに見合った変形が生じているということです。

重力によって加速度運動をするときは、少し趣が違ってきます。重力は、静止や等速直線運動をしているときに物体にひずみを生じさせており、自由落下を開始するとそのひずみを取り除くように作用します。メーカーのHPでは、「加速度センサは、入力軸方向に対して、運動加速度成分から重力加速度成分を差し引いた成分を検出するセンサである。」と定義しています。重力加速度成分がマイナス成分となるということですね。

こうしておくと、自由落下の時は、重力加速度成分が運動加速度成分となりますから、加速度運動をしているにもかかわらず加速度センサの値はゼロになる、という事実とつじつまが会うことになります。

この状態のことを、無重力状態とか微小重力状態とかというようです。でも重力がないとか微小になっているのではなくて、重力が物体を変形させるように作用していない、ということでしょう。

別の見方をすると、重力は物体にひずみを生じさせずに加速度運動をさせる力である、といえます。

重力は他の外力とは異なる力のかかり方をする、という観点から見ると面白いなぁ、と思います。

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コメント

こんにちは。うちの課題研究でも、Wiiリモコンで加速度を測定しようとするグループがありました。私のところでは二足歩行ロボットに加速度センサを搭載しますが、これは加速度を計測すると言うよりも、Gの変化を見て、傾斜を計測するので傾斜センサとよんだほうがよいかもしれません。

倒立振子では角度を測定して、これをソフト上で時間微分して、角速度、角加速度などを計算しています。

投稿: KADOTA | 2008年6月22日 (日) 17時40分

KADOTA さん こんにちは

>Wiiリモコンで加速度を測定しようとするグループがありました。

そうですか、ニンテンンドーの教育現場侵攻作戦、功を奏し始めていますかね。

いろいろなところで加速度を測定し始めると、面白いことができてくると思うのです。

この記事は、加速度を手軽に直接測定できるようになると、速度を時間微分して・・・というのとは一味違った捕らえ方や活用方法が出てくるのではないか、そんな予感をもって書きました。

Wiiリモコンで傾斜を取ることも可能で、少し調べていますが、180度を56分割で、3.2度刻み程度になります。ちょっと粗いかなという感じです。

KADOTA さんのところの高校生の課題研究、とんでもなく高度なことをやられていますね。面白そうで、うらやましいsweat01

投稿: SUBAL | 2008年6月22日 (日) 18時11分

どんな加速度計も重力加速度だけは検知できません。通常は反力による加速度を検知しているだけですが、その値が重力加速度だと見るためには静止していることがわからなければなりません。
詳しくは次のURLをご覧ください。
http://www7b.biglobe.ne.jp/~pasadena/jyousiki/detectgravity.pdf

投稿: nhara | 2011年4月10日 (日) 00時00分

nhara さん コメントありがとうございました。

>その値が重力加速度だと見るためには静止していることがわからなければなりません。

確かにその通りですね。
加速度をひずみで検知していて、自由落下のときに加速度運動しているのにもかかわらず、ひずみはゼロという現象を正面から論じている文章を探していましたが、初めて読ませていただきました。とても興味深いです。「重力が他の外力とは作用の仕方が違う」とは思っていました。「力が働かない加速度運動」という視点は新鮮でした。まだ消化できていませんが、もう少し考えて勉強させていただきます。

投稿: SUBAL | 2011年4月10日 (日) 01時24分

重力は力でなく加速度だと気がついたのは去年の2月頃ですが、なかなか納得してくれません。
アインシュタインも加速度だと言っているのですが、常識の壁は厚いものがあります。
下のURLにも説明をしておりますので、お仲間と議論してください。
http://www7b.biglobe.ne.jp/~pasadena/blog/blog1.htm

投稿: 原 宣一 | 2011年5月 3日 (火) 11時15分

ごめんなさい。私の理解力不足かもしれませんが、原さんのご説を読んでも、私も納得していません。通常物体にかかる外力とは趣の違う特殊な外力である、という考え方でもう少し考えを進めていこうと思っています。

投稿: SUBAL | 2011年5月 4日 (水) 04時58分

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