Đo hằng số Planck với Lego

trong gần 130 năm, kilôgam đã được xác định bởi một hình trụ nhỏ bạch kim và iridium ngồi trong hầm bên ngoài Paris. Mỗi đơn vị đo lường khác được xác định bởi hiện tượng vật lý có thể tái tạo; Thứ hai là một số lượng dao động chính xác của một nguyên tử Caesium và một mét là ánh sáng dài di chuyển trong 1 / 299792458th của một giây. Chỉ có kilôgam được xác định bởi một đối tượng thực tế, cho đến khi Ủy ban trọng lượng và bước quốc tế xác định nó như một hàm của hằng số Planck. Làm thế nào để bạn đo hằng số Planck? Với sự cân bằng của watt. Làm thế nào để bạn xây dựng một sự cân bằng watt? Với Lego, tất nhiên.

Một cân bằng watt trông giống như một quy mô vũ trang kép trong đó một trọng lượng có thể so sánh với một khối lượng khác của khối lượng đã biết. Thay vì sử dụng hai cánh tay, một cân bằng watt chỉ có một cánh tay, mang lại sự cân bằng bằng một dòng chảy qua một cuộn dây. Sức mạnh cơ học trong cân bằng – mang lại bằng bất cứ thứ gì trên tấm cân bằng – sau đó có thể được so sánh với năng lượng điện, và cuối cùng là hằng số Planck. Điều này sẽ sớm là một phần của định nghĩa chính thức của kilôgam và có, một thiết bị để đo lường điều này có thể được tạo ra từ Lego.

Các bộ phận không phải là lego chính duy nhất trong cân bằng lego watt là một vài cuộn dây vết thương xung quanh ống nhựa PVC và một vài nam châm neodymium. Chúng được đặt trên cả hai cánh tay của sự cân bằng, và một cặp laser được sử dụng để đảm bảo cả hai cánh tay của sự cân bằng đều ở mức độ. Dữ liệu được thu thập bằng cách đo cuộn dây thông qua một vài chân tương tự trên Labjack và một phbidget. Khi điện áp và dòng điện gây ra trong mỗi cuộn dây được đo, thì công suất có thể được tính toán, sau đó là hằng số Planck và cuối cùng làm thế nào gần khối lượng trên Pan cân bằng là một kilôgam thực sự, lý tưởng hóa. Mặc dù được thực hiện từ LEGO, hệ thống này có thể đo khối gram đến 1% không chắc chắn.

Các tác giả đã bao gồm một danh sách các bộ phận lego, nhiều trong số đó có thể được tìm thấy trong bất kỳ bồn lớn nào của Lego trong tủ quần áo 8 tuổi. Mục thực sự đắt tiền duy nhất trên BOM là USB DAQ 16 bit; Bên cạnh đó, đó là điều mà bất cứ ai có thể xây dựng.

Cảm ơn [Matt] cho mẹo.