Seit fast 130 Jahren wurde das Kilogramm von einem kleinen Platin- und Iridium-Zylinder definiert, das in einem Gewölbe außerhalb von Paris sitzt. Jede andere Messeinheit wird durch reproduzierbare physikalische Phänomen definiert; Die zweite ist eine genaue Anzahl von Schwingungen eines Cäsiumatoms, und ein Meter ist die Längenlicht in 1/299792458 von einer Sekunde. Nur das Kilogramm wird durch ein tatsächliches Objekt definiert, bis NIST und das internationale Gewichtsausschuss und Schritte in Abhängigkeit von der Planck-Konstante definiert. Wie messen Sie die Planck-Konstante? Mit einem Watt-Gleichgewicht. Wie baust du ein Watt-Gleichgewicht? Mit Lego natürlich.
Ein Watt-Gleichgewicht sieht aus wie eine doppelt bewaffnete Skala, in der ein Gewicht mit einem anderen Gewicht der bekannten Masse verglichen werden kann. Anstatt zwei Arme zu verwenden, hat ein Watt-Gleichgewicht nur einen Arm, der durch einen durch eine Spule fließenden Strom in das Gleichgewicht gebracht wird. Die mechanische Leistung in dem von dem auch immer auf der Bilanzplatte hervorgerufenen Balance – kann dann mit der elektrischen Leistung verglichen werden, und schließlich die Planck-Konstante. Dies wird bald Teil der förmlichen Definition des Kilogramms sein, und ja, ein Gerät, um dies zu messen, kann aus LEGO hergestellt werden.
Die einzigen wichtigen Nicht-Lego-Teile im LEGO-Watt-Gleichgewicht sind ein paar Schrauben von Draht um ein PVC-Rohr und ein paar Neodym-Magneten. Diese befinden sich auf beiden Armen des Gleichgewichts, und ein Paar Laser wird verwendet, um sicherzustellen, dass beide Arme des Gleichgewichts eben sind. Die Daten werden durch Messen der Spulen durch ein paar analoge Pins auf einem Labjack und einem Phidget gesammelt. Sobald die in jeder Spule induzierte Spannung und Strom induziert wird, kann die Leistung berechnet werden, dann die Planck konstant, und schließlich wie nahe der Masse auf der Balance-Pfanne zu einem echten, idealisierten Kilogramm ist. Obwohl dieses System aus LEGO hergestellt wurde, kann dieses System eine Grammmasse auf 1% ige Unsicherheit messen.
Die Autoren haben eine Liste von Lego-Teilen aufgenommen, von denen viele in einem riesigen Wannen von Lego in einem 8-jährigen Kleiderschrank gefunden werden konnten. Das einzige wirklich teure Element auf der BOM ist ein 16-Bit-USB-DAQ; Abgesehen davon ist es etwas, das jemand bauen kann.
Danke [matt] für die spitze.