GONIOMETRO: STORIA, PARTI, FUNZIONAMENTO, USI, TIPI - FISICO - 2024

Il goniometro è il dispositivo utilizzato per misurare gli angoli formati da due immagini. Il nome deriva da due parole greche: gonios, che significa angolo e metri, riferendosi al fatto di misurare. Da lì deriva anche la goniometria, che è la scienza della misurazione degli angoli.

Le quantità angolari sono una parte importante di discipline come l'astronomia, il rilevamento, la geologia, la medicina, la mineralogia, l'architettura, l'ingegneria e molte altre. Altezze, distanze, forze e numerose proprietà fisiche hanno angoli coinvolti, quindi la loro misurazione è rilevante.

Figura 1. Goniometro universale. Fonte: F. Zapata,

Storia

Nell'antichità qualcuno aveva l'idea di dividere la circonferenza in 360 parti uguali, chiamate gradi. Ma fu solo nel 1538 che il medico olandese Regnier Gemma Frisius sviluppò per la prima volta un goniometro, uno strumento derivato dall'astrolabio (un dispositivo utilizzato per misurare le altezze o le depressioni di un oggetto).

Poiché un angolo è definito come la regione tra due raggi con un punto comune, che può essere il centro di detto cerchio, un modo per determinare la misura di quella regione è utilizzare un cerchio graduato.

Quindi il design di base è un cerchio piatto, graduato su una scala di 360º o semicerchio, con 180º. Un semplice goniometro di plastica, come quelli usati a scuola, è un goniometro molto basilare, se ci atteniamo alla definizione.

Il goniometro è in grado di misurare gli angoli su una superficie piana, come un pezzo di carta o una tavola. Quindi il suo raggio di movimento è piuttosto limitato.

Il goniometro è più sofisticato di un semplice goniometro. Alcuni incorporano un nonio, per una maggiore precisione nella misurazione, e righelli per misurare le distanze. Hanno anche bracci per posizionarli su superfici non piane.

Ecco perché esistono molte varietà di goniometri, il cui utilizzo dipende dall'area in cui si utilizza. In termini di materiali di produzione, sono generalmente leggeri e resistenti, come plastica, acciaio legato e alluminio.

A cosa serve il goniometro?

Come abbiamo detto, il goniometro viene utilizzato per misurare gli angoli in un'ampia varietà di situazioni, ad esempio gli angoli formati dalle articolazioni del corpo, che sono indicativi della loro mobilità. Allo stesso modo, nella costruzione è necessario misurare gli angoli in soffitti, pareti, porte e una moltitudine di elementi.

Questo per citare solo alcune applicazioni, poiché sono quasi infinite, poiché gli angoli sono entità onnipresenti in tutto ciò che ci circonda.

Sistema sessagesimale

Il sistema sessagesimale consiste nel dividere la circonferenza in 360 parti uguali chiamate gradi (º). A sua volta, ogni grado è diviso in minuti (´) e un minuto in 60 secondi (´´).

Questo sistema si applica agli angoli ed è anche molto familiare come misura del tempo. In quanto segue faremo riferimento esclusivamente agli angoli.

Quando un angolo è espresso in gradi, minuti e secondi, si dice che sia espresso in misura complessa. Ma se scegli di lasciare tutto in gradi e frazioni di grado, allora è una misura semplice.

Ad esempio, un angolo che misura 25º 38´ 12 "è in misura complessa, ma lo stesso angolo in misura semplice è 25,64º. La maggior parte delle calcolatrici scientifiche si converte rapidamente dall'una all'altra.

Parti

Goniometro semplice o tradizionale

Un semplice goniometro come quello mostrato nel diagramma seguente è costituito da:

- Una parte semicircolare che contiene la scala graduata da 0 a 180º.

- Il corpo, un pezzo che occupa un diametro, su cui poggia il semicerchio con la scala.

- Il foglio che termina con un ago indicatore per la lettura.

Figura 2. Parti di un goniometro di base. Fonte: F. Zapata.

Goniometro di precisione

Una versione più sofisticata è il goniometro di precisione, che ha una regola scorrevole attaccata al braccio articolato del goniometro.

Il braccio articolato va sul disco rotante, che contiene un nonio o nonio, e ruota sul disco fisso che ha la scala principale graduata in unità di 1º.

Attaccato al disco fisso è il righello fisso, che ha una superficie di riferimento dove è supportata la parte da misurare.

Figura 3. Goniometro di precisione e sue parti. Fonte: F. Zapata.

Funzionamento

Tutte le varietà di goniometri hanno lo stesso principio di funzionamento, vediamo:

Il nonio, che va sul disco rotante, ha una scala graduata sia a destra che a sinistra, che permette di effettuare misurazioni sia in senso orario che antiorario.

Va notato che la risoluzione o l'apprezzamento di questo tipo di goniometro è di 5 min d'arco, che viene mostrato numericamente più avanti.

Al centro del goniometro è presente una vite che funge sia da asse di rotazione che da fissatore della posizione angolare. Alcuni goniometri di precisione hanno una rotella aggiuntiva, per controllare la rotazione fine, in modo che possa essere adattata con maggiore precisione al pezzo da misurare.

Detto pezzo è posto tra la riga variabile e la riga o squadra fissa. Sia il goniometro che la parte già posizionata sono candele per assicurarsi che la vestibilità sia perfetta.

Una volta che qualsiasi percorso di luce tra il pezzo e la superficie di riferimento della riga o del quadrato è scomparso, la posizione viene fissata con il fissatore di articolazione o la vite di fissaggio. Infine, viene eseguita la misurazione, i cui passaggi sono dettagliati di seguito:

Come viene utilizzato il goniometro?

Per utilizzare il goniometro, l'oggetto di cui misurare l'angolo di inclinazione viene incuneato tra il foglio e il disco del goniometro, come mostrato in figura 4. L'angolo da misurare è stato contrassegnato in fucsia.

Figura 4. Come misurare un angolo con un goniometro di base. fonte: F. Zapata.

Paralleli verdi e blu sono stati tracciati sull'immagine per guidare il lettore. L'angolo fucsia è opposto dal vertice all'angolo giallo. Quando hai angoli opposti attraverso il vertice, misurano lo stesso.

L'angolo in giallo misura lo stesso dell'arancio, poiché si trovano tra le linee verde e blu, che sono parallele. Una volta convinti di ciò, la lettura viene effettuata immediatamente osservando l'indicatore sul foglio.

L'angolo del pezzo da misurare è un angolo acuto e la lettura si effettua da sinistra a destra. Nell'immagine ingrandita si legge 48º.

Figura 5. Visualizzazione ingrandita della misura. Fonte: F. Zapata.

Naturalmente, le letture possono essere eseguite da destra a sinistra, poiché per questo esiste una doppia scala. Farlo in un modo o nell'altro dipende dall'oggetto da misurare.

Errore di apprezzamento

Tutti gli strumenti di misura hanno una rivalutazione, che è la più piccola divisione della scala, e qualsiasi misura effettuata, sia con il goniometro che con qualsiasi altro, sarà sempre affetta da errore.

Ad esempio, nel semplice goniometro che abbiamo appena visto, la divisione più piccola corrisponde a 1º.

L'errore massimo che si può fare in una misura fatta con questo goniometro è più o meno apprezzamento. In base a ciò, la lettura dell'esempio si esprime come:

In generale, l'apprezzamento di una scala come questa viene calcolato selezionando due letture arbitrarie e contando il numero di divisioni tra di loro, in questo modo:

Letture con il goniometro di precisione

Il goniometro di precisione ha un nonio: una seconda scala posta su un disco mobile e che può essere spostata sotto la scala principale. Il nonio consente letture più fini.

Come sempre, la misura effettuata con la scala principale risulta in gradi e può essere eseguita in senso orario (da sinistra a destra) o antiorario (da destra a sinistra), a seconda della comodità.

La lettura sulla scala principale si effettua con la procedura descritta nella sezione precedente. Lo 0 del nonio funge da indicatore in questo caso.

Passiamo ora alla lettura finale con il nonio, che ci darà i verbali. Ogni divisione è equivalente a 5 '(minuti angolari) e può essere letta anche da sinistra a destra o da destra a sinistra.

Per trovare la misura è necessario selezionare la linea del nonio che meglio coincide con una qualsiasi delle linee della scala fissa, e quella sarà la frazione in gradi che dovrà essere aggiunta per avere la lettura completa.

Esempio di lettura 1

A titolo di esempio, vediamo la lettura della figura, eseguita in senso antiorario. Lo 0 del nonio indica 64º (linea verde).

Figura 6. Esempio di lettura da destra a sinistra. Fonte: F. Zapata.

Ora diamo un'occhiata alla linea del nonio che meglio corrisponde a una delle linee principali. Nella figura è stato evidenziato in fucsia. Coincide con la divisione numero 30 sulla scala del nonio. Quindi il nostro angolo misura:

Quanto all'apprezzamento di questo goniometro, dipende non solo dalla scala principale, ma dal nonio. I goniometri hanno solitamente 12 o 24 noni di divisione in ciascuna metà. Quello nell'esempio ne ha 12.

Viene calcolato come segue:

In questo caso, la divisione più piccola è 1º = 60 ´ e le divisioni sono 12:

Pertanto la lettura viene riportata in questo modo:

Esempio di lettura 2

Ora proviamo una lettura in senso orario.

Figura 7. Lettura del goniometro presa da sinistra a destra. Fonte: F. Zapata.

Lo 0 del nonio coincide con 42º (colore arancione), mentre la divisione del nonio che meglio coincide con una qualsiasi delle divisioni della scala principale (colore blu turchese) corrisponde a 20´. Pertanto l'angolo misurato è:

Il lettore potrebbe chiedersi cosa succede se nessuna divisione corrisponde esattamente. Quando lo 0 del nonio si trova nel mezzo di due divisioni principali, la divisione più vicina a 0 viene considerata come lettura dei gradi. Il resto della misurazione viene eseguito come già descritto

Spetta sempre alla persona che effettua la misurazione selezionare le divisioni che corrispondono meglio. Due persone che effettuano la stessa misurazione possono non essere d'accordo, ma quasi sempre sulla misurazione fine.

Tipi di goniometro

Goniometro universale

Ci sono più modelli. Quello mostrato in figura 8 è costituito da due righelli in metallo o plastica ruotati che ruotano insieme con un semicerchio graduato. L'oggetto di cui misurare l'angolo viene posto tra i righelli e letto dal semicerchio graduato.

Il goniometro mostrato è ampiamente utilizzato per determinare l'ampiezza del movimento articolare o la distanza percorsa da un'articolazione dalla sua posizione naturale al suo movimento massimo.

Figura 8. Goniometro di quelli usati in medicina per misurare la capacità di movimento delle articolazioni. Fonte: Wikimedia Commons. Fonte: Voxymoron

elettrogoniometri

È uno strumento che trasforma l'angolo da misurare in un impulso elettrico. È ampiamente utilizzato per misurare la gamma di movimento delle articolazioni.

Goniometro a bolle

Come suggerisce il nome, ha una bolla di livellamento, solitamente situata all'estremità di uno dei bracci. Poiché molte misurazioni devono allineare questo braccio con l'orizzontale, ciò consente letture più affidabili.

Riferimenti

1. Calduch, E. Pratiche di laboratorio. Ingegneria dei processi di produzione. Università della Catalogna. 20-22.
2. Come funziona. Come funziona un goniometro. Estratto da: como-funciona.co.
3. Díaz del Castillo, F. Dimensional Metrology. UNAM. Cuautitlán Facoltà di Studi Superiori. Estratto da: olimpia.cuautitlan2.unam.mx.
4. 4) Encyclopaedia Britannica. Goniometro. Estratto da: britannica.com
5. Junta de Andalucía. Metrologia. Estratto da: juntadeandalucia.es.
6. Leggi e formule matematiche. Sistemi di misura angolari. Estratto da: ingemecanica.com.
7. Goniometro. Estratto da: google.com.