GONIOMETER: LỊCH SỬ, CÁC BỘ PHẬN, HOẠT ĐỘNG, SỬ DỤNG, CÁC LOẠI - VẬT LÝ - 2026

Các giác kê là thiết bị dùng để đo góc tạo bởi hai hình ảnh. Cái tên này xuất phát từ hai từ tiếng Hy Lạp: gonios, có nghĩa là góc và mét, đề cập đến thực tế đo lường. Từ đó cũng suy ra goniometry, là môn khoa học đo các góc.

Các đại lượng góc là một phần quan trọng của các ngành như thiên văn học, khảo sát, địa chất, y học, khoáng vật học, kiến ​​trúc, kỹ thuật và nhiều ngành khác. Độ cao, khoảng cách, lực và nhiều đặc tính vật lý có liên quan đến góc, vì vậy phép đo của chúng có liên quan.

Hình 1. Máy đo quang phổ. Nguồn: F. Zapata,

Lịch sử

Vào thời cổ đại, ai đó đã có ý tưởng chia chu vi thành 360 phần bằng nhau, gọi là độ. Nhưng mãi đến năm 1538, bác sĩ người Hà Lan Regnier Gemma Frisius lần đầu tiên phát triển một máy đo độ cao, một dụng cụ bắt nguồn từ astrolabe (một thiết bị dùng để đo độ cao hoặc độ lõm của một vật thể).

Vì một góc được xác định là vùng giữa hai tia có điểm chung, có thể là tâm của đường tròn nói trên, nên một cách để xác định số đo của vùng đó là sử dụng đường tròn chia độ.

Vì vậy, thiết kế cơ bản là một hình tròn phẳng, được chia độ theo tỷ lệ 360º hoặc nửa hình tròn, với 180º. Một thước đo góc bằng nhựa đơn giản, giống như những chiếc được sử dụng trong trường học, là một chiếc máy đo góc rất cơ bản, nếu chúng ta bám sát định nghĩa.

Thước đo góc có khả năng đo góc trên một bề mặt phẳng, chẳng hạn như một mảnh giấy hoặc một tấm bảng. Vì vậy, phạm vi chuyển động của nó khá hạn chế.

Máy đo góc phức tạp hơn máy đo góc đơn giản. Một số kết hợp một thước đo độ chính xác cao hơn trong phép đo và thước đo khoảng cách. Chúng cũng có cánh tay để đặt chúng trên các bề mặt không phẳng.

Đó là lý do tại sao có nhiều loại máy đo độ cao, việc sử dụng chúng phụ thuộc vào khu vực bạn sử dụng. Về vật liệu chế tạo, chúng thường nhẹ và bền, chẳng hạn như nhựa, thép hợp kim và nhôm.

Goniometer để làm gì?

Như chúng ta đã nói, goniometer được sử dụng để đo góc trong nhiều trường hợp, ví dụ như góc tạo bởi các khớp của cơ thể, biểu thị khả năng vận động của chúng. Tương tự, trong xây dựng, cần phải đo các góc trên trần, tường, cửa và vô số các yếu tố.

Điều này chỉ đề cập đến một số ứng dụng, vì chúng gần như vô hạn, vì các góc là các thực thể có mặt khắp nơi trong mọi thứ xung quanh chúng ta.

Hệ thống giới tính

Hệ thống thập phân bao gồm chia chu vi thành 360 phần bằng nhau được gọi là độ (º). Lần lượt, mỗi độ được chia thành phút (´) và một phút được chia thành 60 giây (´´).

Hệ thống này áp dụng cho các góc và cũng rất quen thuộc như một thước đo thời gian. Trong những gì sau đây, chúng tôi sẽ chỉ đề cập đến các góc.

Khi một góc được biểu thị bằng độ, phút và giây, nó được cho là biểu thị bằng số đo phức tạp. Nhưng nếu bạn chọn để mọi thứ theo độ và phần nhỏ của độ, thì đó là một biện pháp đơn giản.

Ví dụ, một góc có số đo 25º 38´ 12´´ ở số đo phức tạp, nhưng góc tương tự ở số đo đơn giản là 25,64º. Hầu hết các máy tính khoa học chuyển đổi từ máy này sang máy khác một cách nhanh chóng.

Các bộ phận

Goniometer đơn giản hoặc truyền thống

Một goniometer đơn giản như hình minh họa trong sơ đồ sau bao gồm:

- Một phần hình bán nguyệt chứa thang chia độ từ 0 đến 180º.

- Phần thân, một mảnh chiếm một đường kính, trên đó có hình bán nguyệt với cái cân.

- Tờ kết thúc bằng kim chỉ thị để đọc.

Hình 2. Các bộ phận của một goniometer cơ bản. Nguồn: F. Zapata.

Máy đo độ chính xác

Một phiên bản phức tạp hơn là đồng hồ đo độ chính xác, có quy tắc trượt được gắn vào cánh tay khớp nối của đồng hồ đo độ chính xác.

Cánh tay có khớp nối đi trên đĩa quay, có chứa một vernier hoặc vernier, và quay trên đĩa cố định có thang chia độ chính theo đơn vị 1º.

Gắn vào đĩa cố định là thước cố định, có bề mặt tham chiếu là nơi đỡ phần cần đo.

Hình 3. Máy đo độ chính xác và các bộ phận của nó. Nguồn: F. Zapata.

Chức năng

Tất cả các loại máy đo goniometer đều có nguyên lý hoạt động giống nhau, hãy cùng xem:

Vernier, đi trên đĩa quay, có thang chia độ sang cả bên phải và bên trái, cho phép thực hiện các phép đo theo cả chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ.

Cần lưu ý rằng độ phân giải hoặc độ phân giải của loại máy đo đường kính này là 5 phút của cung, được hiển thị bằng số sau đó.

Ở trung tâm của goniometer có một vít vừa đóng vai trò là trục quay vừa là vật cố định vị trí góc. Một số máy đo độ chính xác có một bánh xe bổ sung, để kiểm soát vòng quay tốt, để có thể điều chỉnh chính xác hơn chi tiết cần đo.

Phần đã nói được đặt giữa quy tắc biến và quy tắc cố định hoặc hình vuông. Cả đồng hồ đo và bộ phận đã được định vị đều được gắn đèn để đảm bảo độ vừa vặn là hoàn hảo.

Khi bất kỳ đường ánh sáng nào giữa mảnh và bề mặt tham chiếu của thước hoặc hình vuông đã biến mất, vị trí được cố định bằng bộ cố định khớp hoặc vít cố định. Cuối cùng, phép đo được thực hiện, các bước được trình bày chi tiết dưới đây:

Goniometer được sử dụng như thế nào?

Để sử dụng goniometer, đối tượng có góc nghiêng cần đo được chèn vào giữa tấm và đĩa của goniometer, như thể hiện trong hình 4. Ở đó góc cần đo đã được đánh dấu bằng vân hoa.

Hình 4. Cách đo góc bằng goniometer cơ bản. nguồn: F. Zapata.

Các điểm tương đồng màu xanh lá cây và xanh lam đã được vẽ trên hình ảnh để hướng dẫn người đọc. Góc màu hoa vân anh đối diện với đỉnh với góc màu vàng. Khi bạn có các góc đối diện qua đỉnh, chúng sẽ đo bằng nhau.

Góc màu vàng được đo giống như màu cam, vì chúng nằm giữa các đường màu xanh lục và màu lam, chúng song song với nhau. Khi đã thuyết phục được điều này, việc đọc được thực hiện ngay lập tức bằng cách quan sát chỉ số trên trang tính.

Góc của mảnh được đo là góc nhọn và số đọc được thực hiện từ trái sang phải. Trong hình ảnh phóng to, họ đọc 48º.

Hình 5. Hình ảnh phóng to của thước đo. Nguồn: F. Zapata.

Tất nhiên, các bài đọc có thể được thực hiện từ phải sang trái, vì có một thang đo kép cho điều đó. Thực hiện theo cách này hay cách khác tùy thuộc vào đối tượng cần đo.

Lỗi đánh giá cao

Tất cả các dụng cụ đo lường đều có sự đánh giá, đó là vạch chia nhỏ nhất trên thang đo và bất kỳ phép đo nào được thực hiện, dù bằng máy đo đường hay bất kỳ dụng cụ nào khác, sẽ luôn bị ảnh hưởng bởi sai số.

Ví dụ, trong goniometer đơn giản mà chúng ta vừa thấy, độ chia nhỏ nhất tương ứng với 1º.

Sai số tối đa có thể được thực hiện trong một phép đo được thực hiện bằng máy đo độ dài này ít nhiều được đánh giá cao. Theo đó, việc đọc ví dụ được biểu thị như sau:

Nói chung, sự đánh giá của một thang đo như thế này được tính bằng cách chọn hai giá trị đọc tùy ý và đếm số lượng phân chia giữa chúng, như sau:

Các bài đọc với máy đo độ chính xác

Đồng hồ đo độ chính xác có một thang đo độ chính xác: một thang đo thứ hai được đặt trên một đĩa di động và có thể di chuyển xuống dưới thang đo chính. Vernier cho phép đọc tốt hơn.

Như mọi khi, phép đo được thực hiện với thang đo chính cho kết quả là độ và có thể được thực hiện theo chiều kim đồng hồ (từ trái sang phải) hoặc ngược chiều kim đồng hồ (từ phải sang trái), tùy thuộc vào sự thuận tiện.

Việc đọc trên thang đo chính được thực hiện theo quy trình được mô tả trong phần trước. Số 0 của vernier đóng vai trò như một chỉ báo trong trường hợp này.

Bây giờ chúng ta đi đến bài đọc cuối cùng với vernier, sẽ cho chúng ta những phút. Mỗi vạch chia tương đương với 5´ (phút góc) và cũng có thể được đọc từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái.

Để tìm số đo, phải chọn dòng của vernier phù hợp nhất với bất kỳ dòng nào của thang đo cố định và đó sẽ là phần theo độ phải được thêm vào để có số đọc hoàn chỉnh.

Đọc ví dụ 1

Ví dụ, chúng ta hãy xem việc đọc hình vẽ, được thực hiện ngược chiều kim đồng hồ. 0 của vernier cho biết 64º (đường màu xanh lá cây).

Hình 6. Ví dụ về cách đọc từ phải sang trái. Nguồn: F. Zapata.

Bây giờ chúng ta hãy nhìn vào dòng của vernier phù hợp nhất với một trong những dòng chính. Trong hình, nó đã được đánh dấu bằng màu hoa vân anh. Nó trùng với số chia 30 trên thang đo vernier. Vì vậy, góc của chúng tôi đo lường:

Đối với sự đánh giá cao của goniometer này, nó không chỉ phụ thuộc vào thang âm chính, mà phụ thuộc vào vernier. Goniometers thường có 12 hoặc 24 vernier phân chia trong mỗi nửa. Một trong những ví dụ có 12.

Nó được tính như sau:

Trong trường hợp này, độ chia nhỏ nhất là 1º = 60 ´, và độ chia là 12:

Do đó việc đọc được báo cáo theo cách này:

Đọc ví dụ 2

Bây giờ chúng ta hãy thử đọc theo chiều kim đồng hồ.

Hình 7. Chỉ số đo từ trái sang phải. Nguồn: F. Zapata.

0 của vernier trùng với 42º (màu da cam), trong khi vạch chia của vernier trùng khớp nhất với bất kỳ vạch chia nào trên thang đo chính (màu xanh ngọc lam) tương ứng với 20´. Do đó góc đo được là:

Người đọc có thể tự hỏi điều gì sẽ xảy ra nếu không có sự phân chia nào khớp chính xác. Khi số 0 của vernier nằm giữa hai vạch chia chính, vạch chia gần 0 nhất được coi là số đọc độ. Phần còn lại của phép đo được thực hiện như đã được mô tả

Người thực hiện phép đo luôn phụ thuộc vào việc lựa chọn các vạch chia phù hợp nhất. Hai người thực hiện cùng một phép đo có thể không đồng ý, nhưng hầu như luôn luôn là người đo tốt.

Các loại goniometer

Goniometer phổ quát

Có nhiều thiết kế. Thước trong hình 8 bao gồm hai thước quay bằng kim loại hoặc nhựa quay cùng với một hình bán nguyệt có chia độ. Vật có góc cần đo được đặt giữa thước và đọc từ hình bán nguyệt chia độ.

Goniometer được hiển thị được sử dụng rộng rãi để xác định phạm vi chuyển động của khớp hoặc khoảng cách khớp di chuyển từ vị trí tự nhiên đến chuyển động tối đa của nó.

Hình 8. Goniometer của những loại được sử dụng trong y tế để đo khả năng cử động của các khớp. Nguồn: Wikimedia Commons. Nguồn: Voxymoron

Điện kế

Nó là một công cụ biến góc cần đo thành xung điện. Nó được sử dụng rộng rãi để đo phạm vi chuyển động của các khớp.

Máy đo bong bóng

Như tên gọi của nó, nó có một bong bóng san lấp mặt bằng, thường nằm ở phần cuối của một trong các cánh tay. Vì nhiều phép đo cần phải căn chỉnh cánh tay này với chiều ngang, điều này cho phép các kết quả đọc đáng tin cậy hơn.

Người giới thiệu

1. Calduch, E. Thực hành Phòng thí nghiệm. Kỹ thuật Quy trình Sản xuất. Đại học Catalunya. 20 - 22.
2. Làm thế nào nó hoạt động. Cách hoạt động của goniometer. Được khôi phục từ: como-funciona.co.
3. Díaz del Castillo, F. Đo lường thứ nguyên. UNAM. Khoa Nghiên cứu Đại học Cuautitlán. Đã khôi phục từ: olimpia.cuautitlan2.unam.mx.
4. 4) Bách khoa toàn thư Britannica. Máy đo độ cao. Phục hồi từ: britannica.com
5. Junta de Andalucía. Đo lường. Đã phục hồi từ: juntadeandalucia.es.
6. Các định luật và công thức toán học. Các hệ thống đo góc. Phục hồi từ: ingemecanica.com.
7. Máy đo độ cao. Khôi phục từ: google.com.