ПРИБОР ПО МЕХАНИКЕ Российский патент 1996 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к физическим приборам и наглядным пособиям и может быть использовано в приборах по механике.

Известен прибор по механике, содержащий автоколебательную систему, включающую в себя установленные на основании физический маятник с закрепленным на его конце постоянным магнитом, электромагнитный клапан с двумя размещенными на одном сердечнике катушками индуктивности, установленными с возможностью магнитного взаимодействия с постоянным магнитом, и источник питания подключенный к выводам электромагнитного клапана (1).

Недостатками известного устройства являются невысокие наглядность и демонстрационные возможности прибора.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен внешний вид устройства на фиг.2- принципиальная схема электромагнитного клапана.

Прибор (фиг.1) состоит из постоянного магнита 1, закрепленного на нижнем конце маятника 2, ось вращения которого посредством держателя 3 зафиксирована на пассивном основании 4. К основанию прикреплены подвес 5, электромагнит 6, содержащий две обмотки (фиг.2), подключенные к электронному устройству 7, источник питания 8 и звуковой индикатор 9, например, динамик. Сердечник электромагнита установлен вблизи постоянного магнита маятника находящегося в положении равновесия.

На фиг. 2 представлен один из возможных вариантов принципиальной схемы электромагнитного клапана 10. Он состоит из электромагнита с обмотками 11, 12, транзисторов 13, 14 диода 15 и динамика 16. Электромагнитный ромагнитный клапан запитан от источника 17.

Прибор работает следующим образом. При колебании маятника постоянный магнит 1 движется относительно электромагнита 6 (фиг.1) и в его обмотке 12 (фиг.2) индуцируется ЭДС индукции, направление которой определяется направлением движений магнита 1. При появлении на базе транзистора 13 отрицательного потенциала, сопротивление эмиттерколлектор уменьшается и через обмотку 11 протекает электрический ток. Возникающее при этом магнитное поле так взаимодействует с постоянным магнитом 1, что сообщает ему дополнительный импульс в направлении движения. В то же время при открывании транзистора 13 на базе транзистора 14 появляется отрицательный потенциал, и этот транзистор тоже открывается. В результате звуковой индикатор (динамик 16) формирует акустический сигнал. Таким образом, при прохождении положения равновесия маятник получает дополнительную энергию, компенсирующую потери на трение, звуковой индикатор выдает характерный щелчок. Диод 15 необходим для предотвращения самовозбуждения электронного устройства.

В учебной практике прибор используют следующим образом. Когда прибор неподвижен или движется прямолинейно и равномерно, маятник колеблется с частотой. зависящей от его параметров и ускорения свободного падения. Если прибор взять за подвес 5 и двигать с ускорением, направленным вверх, частота колебаний маятника, а значит и частота щелчков возрастает при движении с ускорением, направленным вниз. Если прибор свободно падает (движется) с ускорением свободного падения, то щелчки вообще прекращаются, что демонстрирует невозможность колебаний физического маятника в невесомости.

Существенно то, что масса маятника много меньше массы основания, так как в противном случае прибор в подвешенном состоянии будет раскачиваться,забирая часть энергии у маятника. Длина маятника не должна превышать нескольких сантиметров, чтобы частота его собственных колебаний была не менее 1 Гц. Для того, чтобы пронаблюдать изменение частоты колебаний при ускоренном движении прибора, необходимо услышать как минимум три-пять щелчков звукового индикатора. Двигать прибор рукой с достаточным ускорением в течение времени, превышающего примерно 1 секунду, невозможно. Поэтому частота колебаний не должна быть меньше 1 Гц. Применение звукового индикатора обусловлено тем, что визуальными наблюдениями маятника, ускоренно движущегося в вертикальном направлении, невозможно оценить частоту его колебаний. В принципе с той же целью возможно использование светового индикатора.

Таким образом, прибор, содержащий автоколебательную систему, осциллятором в которой является физический маятник, а также звуковой или световой индикатор, вырабатывающий сигнал в такт с колебаниями осциллятора, и подвес, позволяет продемонстрировать зависимость частоты колебаний физического маятника от ускорения его движения относительно Земли.

Использование изобретения улучшает наглядность и расширяет демонстрационные возможности.

Сущность: устройство содержит один постоянный магнит 1, один маятник 2, один держатель 3, один подвес 5, один электромагнит 6, одно электронное устройство 7, один источник питания 8, один звуковой индикатор 9. 2 ил.

Прибор по механике, содержащий автоколебательную систему, включающую в себя установленные на основании физический маятник с закрепленным на его конце постоянным магнитом, электромагнитный клапан с двумя размещенными на одном сердечнике катушками индуктивности, установленными с возможностью магнитного взаимодействия с постоянным магнитом, и источник питания, подключенный к выводам электромагнитного клапана, отличающийся тем, что основание, масса которого больше массы физического маятника, прикреплено к подвесу и имеет звуковой или световой индикатор, соединенный с выходом электромагнитного клапана, при этом длина физического маятника не более 0,3 м.