Pfeilgeschwindigkeit mit PC messen

[penzlin]

[img]c:\temp\geraeusch.gif[/img]Hallo,
ich habe mal folgendes gemacht, um die Pfeilgeschwindigkeit zu messen:
Notebook aufgebau und mit dem (freeware) Programm Audacity das Geräusch des Pfeilschusses aufgenommen.
Anschließend die kann man dann sich die Wellenform des Geräusches ansehen und relativ bequem sehen, wo das Geräusch anfing und der Pfeil in die Scheibe eingeschlagen ist.
Da man nur schwer unterscheiden kann, wo der Pfeil noch vom Bogen beschleunigt wird und wo er wirklich fliegt, kann man dies tun:
Einmal aus z.B.: 5m schießen und einmal aus 4meter. Es interessiert dann nur der Zeitunterschied zwischen der einen Entfernung und der anderen.
DIe Ergebnisse sind relativ genau: Wenn man etwas über mehrere Schüsse mittelt, kommt man leicht unter 3% Abweichung.

Gruß
Matthias

[los osos]

Hi,
was du gemacht hast klingt einfach und interessant! Werde ich auch mal versuchen.
Wie sieht denn normalerweise ein standartisierter Messaufbau aus im Vergleich dazu? Wie wird normalerweise die Beschleunigung herausgerechnet?

@penzlin
Wieviele Schüsse hast du gemessen und gemittelt? Um die 3% Tolleranz zu bekommen?

Gruß
Fabian

[penzlin]

Hallo,
Normalerweise würde man zwei definierte Messpunkte einsetzen: Zwei Lichtschranken, Magnetfelddetektoren, ...

Könnte man hier auch machen: Einfach durch zwei Zeitungsblätter schießen und dann diese Geräusche nehmen.
Ist meiner Meinung nach nicht notwendig: Die Zeitungen würden Pfeil blos bremsen und andererseits kann man mit dem Versuchsaufbau die Beschleunigungsphase auch rausrechnen.

Ich habe mit 4 Pfeilen geschossen:
125134 94890 71056 53057
124532 93846 71286 52069
120784 93907 69783 50037
123001 99798 71572 48489
123362,75 95610,25 70924,25 50913

1679,679043 2453,041416 683,7859223 1773,148612
0,013615772 0,025656678 0,009641074 0,034827031

Ersten vier zeilen: Zeiten von Abschuß zum Einschlag in 10^-6s
Fünfte Zeile Durchschnitt
Sechste zeile Standardabweichung
Siebente Zeile: Sechs durch fünf

Gruß
Matthias

[Steini]

Wenn man Pfeilgeschwindigkeiten in der Größenordnung von ca. 30 - 50 m/s an Hnad des Geräusches messen will, das sich vom fliegende Pfeil mit 330 m/s ausbreitet, so erhält man in in Abhängigkeit von der Position des einzigen Mikros (Notebook) zur Messstrecke und der Entfernung von Abschußort und Ziel zum Mirko erhebliche Laufzeitdifferenzen und damit Ungenauigkeiten (>=10%). Einzige Ausnahme: der Aufbau entspricht genau einem gleichschenkligen Dreieck und wird bei jeder Veränderung der Schussdistanz angepaßt.

Ohne je ein Mikro neben dem Schützen und neben dem Ziel und einer anschließenden Überlagerung der Geräusche wird das nichts.

Steini

[Wurzelpeter]

Original geschrieben von Steini

Ohne je ein Mikro neben dem Schützen und neben dem Ziel und einer anschließenden Überlagerung der Geräusche wird das nichts.

Steini

Doch, es könnte was werden. Man müsste so dicht wie möglich am Micro vorbeischießen. Ich denke mal, dass man den Punkt minimaler Nähe hören würde bzw. an der Schwingung erkennen kann. Vorraussetzung, dass der Pfeil ein hörbares Fluggeräusch von sich gibt. Dann bräuchte man nur noch den Abstand Micro-Scheibe messen und könnte die Verzögerung ausrechnen. Bei 30 Meter wäre das aber auch nur eine zehntel Sekunde.

Wie auch immer, die Idee der akustischen Geschwindigkeitsmessung gefällt mir!

Steffen

[york]

man könnte auch folgende programme versuchen.

diese werten das geräusch über den dopplereffekt aus um die geschwindigkeit zu ermitteln.

mit VSpectrum habe ich persönlich die beste erfahrung gemacht, allerdings mit modellbooten.


>> VSpectrum <<

>> WAVEosSCope <<

>> Gram <<

[Steini]

Die Idee ist reizvoll, aber komplexer als auf den ersten Blick ersichtlich.

Bei 30 Meter wäre das aber auch nur eine zehntel Sekunde.

Ein Bogen wirft den Pfeil mit, sagen wir, 140 fps, was ca. 42,5 m/s entspricht. "Nur" eine zehntel-Sekunde bedeutet der Pfeil ist bereits 4,25m vom Bogen entfernt und hat damit bereits 14% der Messtrecke zurückgelegt!!

Und je größer man die Messtrecke macht, um Ungenauigkeiten in der akustischen Abgrenzung zu kompensieren, desto größer wird die Laufzeitdifferenz.

Ich denke auch das deutlichste "Abschußgeräusch" wird entstehen wenn die Sehne die Nock verläßt und anfängt frei nachzuschwingen (wie bei einem Saiteninstrument). Zu diesem Zeitpunkt ist die Pfeilspitze aber schon 50cm vor dem Bogen...

Denkt nicht ich wollte das Thema totreden, ich halte die Idee der aktustischen Messung, wie gesagt, für reizvoll. Ich habe aber zu Schulzeiten für eine Physikprojektarbeit mal ein Messinstrument ausgetüftelt um die Geschwindigkeit von Luftgewehrkugel zu messen und bin dabei über die gleichen Probleme gestolpert. Man neigt dazu bei physikalischen Messungen Bedingungen zu schaffen oder Fehler zu ignorieren wenn man schon "genau weiß" wie die Ergebnissen aussehen müssen.
;-)

Steini

[Karl-Heinz]

Hallo zusammen
vieleicht sollte auch mal berücksichtigt werden das an unterschiedlichen Tagen auch der Luftdruck bzw. die Luftdichte unterschiedlich ist, von der Windrichtung mal abgesehen. Das ganze ist durch unterschiedliche Quellen in der Summe sehr fehlerbehaftet. Ausserdem wird hier die Durchschnittsgeschwindigkeit ermittelt, was aber wichtiger, zumindest mir, wäre ist die Abschußgeschwindigkeit.

@ penzlin
wieviel lbs schießt Du das Zeitungspapier bremst?

Gruß
K-H

[penzlin]

Hallo,
mit Zeitungspapier als definierte Messpunkte habe ich nur noch nicht ausprobiert...
Bremst wahrscheinlich wirklich nicht viel.

Natürlich muß man die Zeit rausrechnen, die der Schall braucht. Ich wollte ja auch erst mal nur darstellen, dass die Grunddaten eine geringe Standardabweichung besitzen. Der Rest kommt dann durch den Versuchsaufbau an. (Ob gleichschenkliges Dreieck oder nicht, je nach dem muß man dann mit der Schallgeschwindigkeit rechnen. Man kann auch zwei Micros verwenden und dann an unterschiedlichen Orten plazieren => kein Problem mehr mit der Schallgeschwindigkeit.

Mit einem Micro sind 30 Meter aber deutlich zu viel. Dann hört man das eine oder das andere Geräusch nicht mehr.

Dopplereffekt ist auch eine nette Idee. Ich befürchte dann aber stark, daß die Frequenz die vom Pfeil kommt, zu stark von der Geschwindigkeit abhängt und nicht davon, ob er sich entfernt oder nähert.

=> wenn man ganz sicher sein will: 1-2 Meter vorm (lauten) Ziel ein Blatt Zeitung aufhängen und dann halt ein gleichschenkliges Dreieck. Sage ich mal, ohne es ausprobiert zu haben.


Gruß
Matthias

[Wurzelpeter]

Original geschrieben von penzlin

Hallo,
mit Zeitungspapier als definierte Messpunkte habe ich nur noch nicht ausprobiert...
Bremst wahrscheinlich wirklich nicht viel. Natürlich muß man die Zeit rausrechnen, die der Schall braucht.
[...]
Dopplereffekt ist auch eine nette Idee. Ich befürchte dann aber stark, daß die Frequenz die vom Pfeil kommt, zu stark von der Geschwindigkeit abhängt und nicht davon, ob er sich entfernt oder nähert.

Gruß
Matthias

Nein, ganz so kompliziert ist das garnicht. Wenn der Pfeil die beiden Zeitungsblätter trifft, brauchst du die Schallgeschwindigkeit überhaupt nicht zu berücksichten. Solange das Micro von beiden Blättern gleich weit entfernt ist, gibt's da keinen Unterschied. Der zeitliche Abstand der beiden Treffer bleibt ja gleich - egal, wie lange er zum Micro braucht.

Und 2.: Die Frequenz des Pfeils hängt fast ausschließlich von der Geschwindigkeit des Pfeils ab. Dem Doppler-Effekt ist es allerdings egal, welche Grundfrequenz da ist. Entscheidend ist wieder nur der Unterschied der beiden Frequenzen.

In dem Zusammenhang die Frage:
Wie schnell muss ich bei Rot über die Kreuzung fahren, damit die Ampel grün erscheint?!
Gebt mal Tips ab!

Steffen

[penzlin]

Hallo,
der Pfeil wird mit der Flugstrecke aber gebremst - gerade zu Anfang. Darauf deuten zumindest die Messungen hin. Kommt wahrscheinlich dadurch, dass sich der Pfeil zuanfang noch nicht dreht und dann einen größeren Luftwiderstand bietet.
Wenn der Pfeil aber mit der Zeit langsamer wird, so ändert sich auch das vom ihm ausgehende Geräusch. Damit hätte man dann mit einem Doppler effekt so sein Schwierigkeiten.

Ich früher auch mal an andere Methoden gedacht, um die Geschwindigkeit zu messen/bestimmen: balistisches Pendel oder über die Strecke, die der Pfeil tiefer einschlägt, wenn das Ziel weiter weg ist.
Die genaueste Methode für den Heimanwender ist aber aus meiner Sicht, das Geräusch aufzunehmen.

Das mit der Grünen Ampel ist eine gute Idee: Ich habe auch gehört, dass die Radargeräte zu langsam sind um Geschwindigkeiten oberhalb von 250km/h zu blitzen. Fällt in den gleichen Bereich, wie "in die Stiefel pinkeln" damit man diese besser einläuft, etc....

Gruß
Matthias

[shantam]

ich an eurer stelle würde mal recherschieren wie diese profesionellen cronometer messen.
mit doppler
ein mikro
zwei mikro
und dann mal weiter kucken.

gruss shantam

[Netzwanze]

@Shantam:
Entweder funktionieren diese mit zwei Lichtschranken (also kein Doppler und kein Mikro) oder mit einem Radargerät und Dopplereffekt (ebenfalls kein Mikro).
Die Lichtschrankenversion ist im Heimwerkerbereich besser selber hinzubekommen als die Radarvariante.

Akustisch messen diese Geräte nicht, da es einfach zu ungenau und nicht für alles geeignet ist. Die akustische Variante ist daher eher Spielkram oder für Gegenstände gedacht, die selber ein lautes Geräusch abgeben. Pfeile könnten für solche Messungen schon zu schnell oder zu leise sein (genauso wie ein 250km/h schnelles Auto für einige Radarmessgeräte.

Außerdem sind laute Pfeile immer langsamer als leise. Und ihr wollte doch wissen, wie schnell der Bogen werfen kann.

[shantam]

hm interesant,
wie ist den eine lichtschranke gebaut die so etwas
schmales wie einen pfeil messen kann.
die lichtschranken die ich kenn habe alle nur einen dünnen strahl zu messen damit ginge es also nicht.
gibt es da noch andere sensoren?

und die wusch beim ersten mikro,wusch beim zweiten mikro geht nicht?

schade,wäre sicher am einfachsten zu bauen gewesen

shantam

[Netzwanze]

Es handelt sich dabei nicht um eine einfache Lichtschranke, sondern um zwei Sensoren mit Linsen. Diese nehmen das ganze Licht auf, welches von oben reinscheint (bzw nur einen Ausschnitt). Bewegt sich dort ein Gegenstand so ändert sich minimal aber plötzlich die Helligkeit. Dieses kann über einen elektronischen Filter in einen Impuls umgewandelt werden, der wiederum ein Zählwerk startet und wieder anhält. Da der Abstand zwischen den Aufnehmern bekannt ist, kann daraus und aus der Zeit die Geschwindigkeit bestimmt werden.

Natürlich kannst Du auch die "Wusches" von zwei entfernten Mikrofonen verwenden. Da machst du dann genau das gleiche, was Du mit dem Licht machst (nur umgekehrt - erst ist es still und dann wird es schnell laut und wieder leise). Aufgrund der Schallgeschwindigkeit und der Länge des Pfeils, mußt Du die Mikrofone weit auseinander hinstellen. Da der Pfeil langsamer wird, kannst du nicht mehr die Abschlussgeschwindigkeit messen, sondern nur die effektive Geschwindigkeit bei einer Entfernung von X Metern. Das gleiche gilt auch bei der Messung des Knalles des Bogend und des Einschlages auf der Scheibe.