Fråga en forskare - Teknik

Har du en fråga om teknik? Fråga en forskare!
Här nedan hittar du frågor som andra ställt, och svaren de fått. (Vi kan inte hjälpa till med svar på skoluppgifter.)

Mejla din fråga till fragaenforskare@liu.se 

Robotar spelar fotbollLiU-robotar tränar inför fotbolls-VM för robotar, Robocup. Foto: Charlotte Perhammar 
Jag har en stegräknare som bygger på en induktiv sensor och skulle vilja veta hur den fungerar. Beror registreringen på lägesförändringen? /Marianne
Stegräknare använder sig av accelerometrar. En accelerometer mäter acceleration i en viss riktning. Tyngdaccelerationen (9.81 m/s2 i Sverige) dominerar, och kan användas för att hitta vertikalriktningen, t ex för att bestämma lutningen på en surfplatta. Detta förutsätter att man har tre vinkelrätt monterade accelerometrar. Sådana finns i många tekniska prylar idag, i form av mycket billiga och små kretsar. En stegräknare använder principen att kroppen pendlar upp och ner och fram och tillbaka när man går. Figuren visar ett exempel på två vinkelrätt monterade accelerometrar, där den blåa kurvan visar vertikal acceleration och den gröna i "framåt"-riktningen. Båda oscillerar regelbundet för varje steg man tar, och de röda ringarna visar ett exempel på hur en stegräknare automatiskt känner igen ett steg. Stegcykeln saknas när man cyklar. Man kan också enkelt lura en stegräknare genom att lugnt knacka på den med ungefär samma frekvens som man går. / Fredrik Gustafsson, professor i reglerteknik
 
Varför har diesel, bensin och etanol olika bränsleförbrukningar trots att de vid olika testtillfällen drivit identiska bilar?

Under förutsättning att körsätt, luftmotstånd, vikt etc är identiskt så beror bränsleförbrukningen främst på två faktorer: 1: Drivsystemets verkningsgrad, dvs hur många procent av energin i bränslet som tillgodogörs som mekanisk energi vid hjulen. 2: Energitätheten hos bränslet, mätt per volymsenhet (t.ex. MJ/l).

Båda dessa faktorer talar till dieselns fördel, eftersom en diselmotor typiskt har över 40% verkningsgrad jämfört med en Otto-motor (dvs en sådan som sitter i våra bensin- och etanolbilar) som ligger ca 10 procentenheter lägre. Diesel har dessutom högre energitäthet, ca 39 MJ/l än både bensin (35 MJ/l)och etanol (22 MJ/l). Du får alltså ca 10% mer energi för din slant när du tankar diesel jämfört med samma volym bensin trots att dieseln oftast är lite billigare. Tankar du etanol får du endast ca 55% av energin hos samma mängd diesel eller ca drygt 60% av energin jämfört med samma mängd bensin vilket motiverar det mycket lägre etanolpriset.

Dieselbilars låga förbrukning beror alltså mest på den bättre verkningsgraden hos motorn, medan skillnaden mellan etanol och bensin främst beror på skillnaden i energitäthet hos bränslet.

Skälet till att en dieselmotor har bättre verkningsgrad beror på att förbränningstemperaturen är högre, eftersom det finns ett direkt termodynamiskt samband mellan verkningsgrad och temperatur hos s.k. värmemaskiner till vilka dessa motorer räknas. / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

 
Hur hög är luftfuktigheten i ett passagerarflygplans lastrum? ute temp ca -40 grader

Lastrummet i ett flygplan är en del av tryckkabinen och har oftast samma temperatur som inne i passagerarutrymmet, men kan även vara lägre. Den relativa luftfuktigheten i kabinen är låg, ca 10% och värdet i lastutrymmet blir då densamma om temperaturen är samma. Om temperaturen i lastrummet är lägre blir den relativa fuktigheten högre trots att det absoluta vatteninnehållet är samma (relativ luftfuktighet anger mängden vattenånga i förhållande till den maximala mängden som luften kan hålla vid en viss temperatur, och ökar därför när temperaturen sjunker eftersom kall luft ej kan innehålla så mycket vattenånga). Skälet till att luften inne i ett flygplan är så torr är att vatteninnehållet i atmosfären utanför är lågt på grund av den låga temperaturen. På webbplatsen Cactus 2000 finns en kalkylator där man kan beräkna hur luftfuktighet, angiven på olika sätt, varierar beroende av tryck och temperaturen. / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

 
Hur kan det bildas vätgas i kärnkraftverken (Japan)vilket har lett till explosioner? Vart kommer vätgasen ifrån?

Vätet kommer från en reaktion mellan vatten och grundämnet zirkonium som ingår i det material som omsluter kärnbränslet i härden. Vid hög temperatur bildas väte enligt formeln: Zr+2H2O->ZrO2+2H2

Det kan ju tyckas märkligt att man väljer ett material som kan alstrar explosivt väte för detta ändamål. Skälet till att detta material används i de rör som omsluter kärnbränslet är att zirkonium har hög genomsläpplighet för neutroner, vilket är viktigt för denna tillämpning. / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

 
Varför används växelspänning/växelström istället för likspänning/likström i våra vägguttag?

Fördelen med växelström är att man lätt kan ändra spänningen i en transformator. Detta är mycket viktigt, eftersom det krävs hög spänning för att få låga förluster när elkraften distribueras över långa avstånd. I våra hem vill vi däremot ha relativt låg spänning både av säkerhetsskäl, och för att det är enklare att isolera ledare med lägre spänning. Att växelspänningen är lätt att transformera utnyttjas ju också i diverse elektronikapparater som internt kräver andra spänningar än nätspänningen. Skälet till att bara växelström fungerar i en transformator är att den till skillnad från likströmmen alstrar ett tidsvarierande magnetfält i transformatorns primärlindning (dvs. på ingångssidan) som i sin tur genom induktion alstrar en ström i transformatorns sekundärlindning (utgångssidan). Förhållandet mellan spänningen på transformatorns ut respektive ingång erhålls som förhållandet mellan antal lindningar på respektive sida. / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

 
Kan en operasångerska få ett glas att spricka bara med hjälp av sin röst?

Att ljud med hög nivå och med en frekvens som svarar mot glasets resonansfrekvens kan splittra ett glas är inte konstigt. Varje mekanisk konstruktion har en serie frekvenser som den naturligt svänger med, och om man påverkar konstruktionen med en kraft som varierar med motsvarande frekvens så tillförs successivt mer energi till den mekaniska svängningen hos konstruktionen vilket kan leda till kollaps.

Ifall det är möjligt för en människa att sjunga med tillräckligt hög intensitet vid rätt frekvens för att spräcka ett glas har varit omtvistat, men "Mythbusters" på Discovery channel har testat denna myt och visat att det är möjligt.

Svaret är alltså "Ja, det går”. / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

 
Jag läste någonstans att volframtråden i glödlampor är spiraliserad för att minska värmeavledningen till gasen runt om. Hur fungerar detta?

Det stämmer bra att utformningen av glödtråden görs för att förhindra värmeavledning. I en glödlampa vill man ju ha så hög temperatur som möjligt, eftersom en högre temperatur gör att en större del av den tillförda energin blir till synligt ljus. Den elektriska effekt som lampan drar beror enbart på trådens motstånd eftersom P=V^2/R, där R är motstånd, V spänning och P effekt. Använder man en grov tråd måste den göras väldigt lång, vilket ger stor värmeavgivande yta och därför lägre temperatur. Använder man istället en tunn tråd så blir den kort med liten värmeförlust och hög temperatur, men blir den för tunn så brinner den av tidigt eftersom metall hela tiden förgasas vi den höga temperaturen. Genom att spiralisera tråden först en gång, och sedan linda den redan spirlaiserade tråden i en ny spiral åstadkommer man låg värmeförlust till den omgivande gasen utan att tråden behöver göras alltför tunn. / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

 
Varför är etanol och metanol mer miljövänliga än bensin? Båda innehåller ju kolatomer.

Skillnaden ligger i att etanolen och metanolen är bio-bränslen, dvs. de har framställts ur nyligen växande biomassa som tog upp samma mängd koldioxid ur atmosfären när de bildades som sedan släpps ut när dess kolatomer förenas med syre i bilmotorn. Detta kretslopp medför att förbränning av biobränsle inte ger något nettotillskott av koldioxid.

Bensin däremot är ett fossilt bränsle, vilket även det ursprungligen kommer från biomassa, men dessa växter levde för många miljoner år sedan så här har vi inget kretslopp utan det kommer att handla om ett nettotillskott av koldioxid vilket inte är bra! / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

 
Då en fusionsreaktor inte kan köras ett par minuter åt gången, är det då möjligt att lagra den energin som skapas för senare bruk?

Den mest realistiska vägen att alstra energi från en fusionsreaktor är att helt enkelt koka vatten med hjälp av den värme som alstras av de snabba neutroner som bildas och bromsas upp i reaktorns väggar.

Vad gäller själva fusionsreaktionen så kan den tänkas ske på två sätt, antingen i ett plasma (joniserad gas) som hålls instängd med hjälp av magnetfält (magnetic confinement), eller genom att beskjuta små vätekulor med starka lasrar (inertial confinement). Av dessa tekniker svarar den magnetiska inneslutningen för största delen av dagens forskning. Med magnetisk inneslutning finns ingen direkt fysikalisk gräns för hur länge plasmat kan "brinna", även om de experiment som görs nu är i form av pulser. Den laserbaserade metoden är ju "pulsad" till sin natur så jag antar att man tänker sig tätt följande pulser i en energiproducerande reaktor.

Man får komma ihåg att dagens experiment bedrivs för att studera processerna i sig, och att en kommersiell reaktor ligger långt fram i tiden, många decennier. / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

 
Hur kommer det sig att ägg klarar så mycket mer tryck "uppifrån" än från sidorna?

Ett ägg visar sig var en sinnrik mekanisk konstruktion, som utnyttjar samma principer som arkitekter när de bygger valvbågar. Äggskalet kan, liksom sten, motstå mycket starka kompressionskrafter medan det är känsligt för dragspänningar. I en valvbåge kommer gravitationskraften att ge upphov till kompressionskrafter vilket gör den tålig. Den spetsiga sidan på ägget har just formen av en valvbåge, och är alltså mycket tålig mot tryck som är riktat från spetsen. På Wikipedia kan du läsa om valvbåge. / Ragnar Erlandsson, professor i fysik

Forskning - Teknik

Fortsätt fråga