Hier (https://stoppi-homemade-physics.de/waage/) habe ich ja bereits eine Waage basierend auf dem HX711 und Arduino vorgestellt. Für eine Verwendung als Kraftmessplatte für sehr kurze Kraftstöße ist sie aber ungeeignet, da die Messrate viel zu gering ist.
Daher verwende ich für die Kraftmessplatte einen Biegebalken (engl. load cell), dessen Signal mit einem Operationsverstärker (hier verwende ich einen TL072) verstärkt wird, sodass man ein analoges Ausgangssignal erhält, dessen Verlauf man zum Beispiel mit einem Oszilloskop untersuchen kann. Mit einem Potentiometer lässt sich auch der offset beseitigen, sodass F = 0 N auch wirklich eine Ausgangsspannung von 0 V ergibt. Die Spannungsverstärkung habe ich so gewählt, dass die Kraft von 10 N genau 1 V Ausgangsspannung entspricht.
Hinweis: Die Versorgung des Biegebalkens mit 12 V muss mit einer separaten Spannungsquelle (z.B. 9V Batterie mit step-up converter) erfolgen. Für den Operationsverstärker und den Biegebalken benötigt man also 2 eigenständige Spannungsversorgungen!
Experiment:
Als Test für die Kraftmessplatte habe ich einen Tennisball mit m = 57 g (dies entspricht einer Gewichtskraft von 0.57 N) aus einer bestimmten Höhe auf diese fallen lassen. Die Fläche unter der Kurve F(t), also das Integral ∫ F(t) dt, entspricht genau der Impulsänderung Δp während des Aufpralls. Aus der Fläche kann man also auch auf den Impuls p des Tennisballs beim Aufprall schließen. Die maximale Kraft während des Stoßes beträgt immerhin 42.8 N, was der Gewichtskraft von m = 4.28 kg entsprechen würde, also ca. dem 100-fachen der tatsächlichen Masse des Tennisballs. Der Stoß dauert weniger als 5 ms lang!
