ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ДЕЙСТВИЯ КОРИОЛИСОВОЙ СИЛЫ ИНЕРЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G09B23/08 

Описание патента на изобретение RU2078378C1

Изобретение относится к учебным пособиям по физике и теоретической механике и может быть использовано в учебном процессе.

Известен учебный прибор по физике, содержащий рычаг, установленный на валу привода, и связанное с осью рычага средство для визуальной регистрации действия кориолисовой силы, причем средство для визуальной регистрации направления действия кориолисовой силы состоит из корпуса, выполненного из двух частей, одна из которых имеет форму цилиндра, а другая форму усеченного конуса, трубок, расположенных на внешней поверхности корпуса, и шариков, размещенных в трубках (авт. св. N 896669, кл. G 09 B 23/06, 1982).

Недостатком данного учебного прибора является то, что он не обеспечивает наглядность действия центробежной переносной силы инерции, возникающей в конструкциях подвижных опор (колес с осью) транспортных средств при повороте на скорости.

Известен прибор для демонстрации действия кориолисовой силы инерции, содержащий платформу, установленную в основании с возможностью вращения относительно вертикальной оси, регистрирующую шкалу с разметкой параметра, характеризующего величину действующей силы, динамометрический указатель, материальную точку и направляющую ее перемещения, смонтированную на платформе, причем он снабжен дополнительным динамометрическим указателем и двумя подвижно установленными на платформе визирами шкалы с возможностью взаимодействия с динамометрическими указателями, при этом последние выполнены в виде консольно закрепленных на платформе пластин, образующих сопряженный с направляющей желоб, а направляющая расположена вертикально над платформой (авт. св. N 1026153, кл. G 09 B 23/08, 1983).

Недостатком данного прибора является то, что он не обеспечивает наглядность действия центробежной переносной силы инерции, возникающей в конструкциях подвижных опор (колес с осью) транспортных средств при повороте на скорости.

Прибор для демонстрации действия кориолисовой силы инерции, содержащий установленную на основании стойку, направляющую, связанную со стойкой с возможностью вращения относительно вертикальной оси, подвижный относительно направляющей груз и средство для регистрации действия кориолисовой силы, причем средство для регистрации действия кориолисовой силы состоит из нескольких полых градуированных цилиндров, радиально расположенных в плоскости, перпендикулярно направляющей, консольно закрепленных на подвижном грузе, и дополнительных грузов, свободно расположенных в каждом цилиндре (авт. св. N 1174965, кл. G 09 B 23/08,1985).

Данный прибор обеспечивает наглядность демонстрации зависимости кориолисова ускорения от величины угла между векторами относительной скорости и вектором угловой скорости переносного движения, но не обеспечивает наглядность действия центробежной переносной силы инерции, возникающей в конструкциях подвижных опор транспортных средств при повороте на скорости.

Наиболее близким по конструктивным признакам к предлагаемому устройству является прибор для демонстрации действия силы инерции, содержащий установленную на основании стойку, направляющую, связанную со стойкой с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, подвижный относительно направляющей основной и связанный с ним дополнительный груз, средство для установки дополнительного груза под заданным углом к оси вращения, размещенное перпендикулярно направляющей. Направляющая выполнена в виде правильного многогранника, имеющего в месте соединения со стойкой цилиндрический участок, средство для установки дополнительного груза под заданным углом, содержит жестко связанную с подвижным грузом шайбу и установленные в подвижном грузе перпендикулярно направляющей стержень и фиксатор его перемещения, при этом дополнительный груз выполнен сменным и закреплен на стержне, а отверстие в шайбе имеет форму правильного многогранника, соответствующего профилю направляющей (авт. св. N 1327150, кл. G 09 B 23/08, 1987).

Данный прибор позволяет повысить наглядность демонстрации действия кориолисовой силы инерции и зависимость величины поворотного ускорения от массы дополнительного груза, но не обеспечивает наглядность действия центробежной переносной силы инерции, возникающей в конструкциях подвижных опор транспортных средств при повороте на скорости.

Цель изобретения повышение наглядности демонстрации действия кориолисовой силы инерции.

Цель достигается тем, что в приборе для демонстрации действия кориолисовой силы инерции, содержащем установленную на основании стойку, направляющую, связанную со стойкой с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, подвижный относительно направляющей груз и средство для регистрации действия кориолисовой силы, в нем подвижный груз выполнен в виде двух колес с ребордами, которые соединены между собой осью со сферическими подшипниками, кинематически взаимодействующей через ползун с первой направляющей, и введены опоры колес подвижного груза, выполненные в виде двух дополнительных направляющих цилиндрического сечения, при этом ползун имеет продольное отверстие по диаметру первой направляющей и эксцентрично расположенные поперечные проушины для подвижного соединения с осью колес, а средство для регистрации действия кориолисовой силы выполнено в виде втулки с шариковыми замками, установленной на упоре направляющих, и паза, выполненного на конце ползуна.

На фиг. 1 изображен прибор, общий вид; на фиг. 2 стержень и фиксатор его перемещения; на фиг. 3 различные положения подвижного груза.

Прибор для демонстрации действия кориолисовой силы инерции содержит основание 1, вертикальную стойку 2, первую направляющую 3 круглого сечения и две дополнительные направляющие 4 и 5, соединенные упором 6, подвижный груз, выполненный в виде колес 7 с ребрами 8. Колеса 7 соединены между собой осью 9 со сферическими подшипниками 10, кинематически взаимодействующей через ползун 11 с первой направляющей 3. Ползун 11 имеет круглое продольное отверстие 12 по диаметру первой направляющей 3 и эксцентрично расположенные поперечные проушины 13 с осью 14 для соединения с осью 9 колес 7. Направляющие 3 5 жестко укреплены на втулке 15, которая установлена с помощью подшипников 16 на вертикальной стойке 2. С противоположной стороны втулки 15 укреплен противовес 17.

Освобождение подвижного груза производится механизмом, который содержит ведущую шестерню 18, жестко укрепленную на стойке 2, первую ведомую шестерню 19, установленную на втулке 15, вторую ведомую шестерню 20, установленную на оси в вершине стойки 2, кулачок 21, установленный на поверхности шестерни 20. На втулке 15 установлен замковый рычаг 22, входящий своим свободным концом в зацепление с круговым пазом 23, выполненным на верхней части ползуна 11. Между втулкой 15 и ползуном 11 на первой направляющей расположена винтовая пружина 24. Средство для регистрации действия кориолисовой силы выполнено в виде втулки 25 с шариковыми замками 26, укрепленной на упоре 6, и паза 27, выполненного на конце ползуна 11.

Прибор работает следующим образом.

В исходном положении подвижный груз находится у вертикальной стойки 2 и удерживается от поперечных и продольных перемещений с помощью замкового рычага 22, при этом ползун 11 подпружинен к втулке 15 винтовой пружиной 24, а колеса 7 груза с ребордами 8 опираются на дополнительные направляющие 4 и 5.

Для демонстрации кориолисова ускорения направляющим 3 5 вместе с подвижными грузом и противовесом 17 вручную (в любую сторону) сообщается необходимая угловая скорость ω относительно оси вертикальной стойки 2.

Во время раскрутки и вращения направляющих 3 5 с подвижным грузом по инерции по окружности в горизонтальной плоскости первая ведомая шестерня 19 механизма освобождения груза обкатывается около ведущей шестерни 18 данного механизма и перемещает с некоторой угловой скоростью вторую ведомую шестерню 20 с кулачком 21. При взаимодействии кулачка 21 с замковым рычагом 22 последний поворачивается на оси и освобождает ползун 11 с осью 9 и колесами 7.

После освобождения подвижного груза его колеса 7 с ребордами 8 имеют возможность двигаться, вращаясь по цилиндрическим направляющим 4 и 5 до упора 6 вместе с осью 9, кинематически взаимодействующей с ползуном 11. Под действием центробежной переносной силы инерции верхние части колес 7 начинают отклоняться относительно направляющих 4 и 5 в плоскости, перпендикулярной направляющим, поворачиваясь в сферических подшипниках 10 оси, и увлекая за собой ось 9, которая в свою очередь за счет связи с проушинами 13 с помощью оси 14 поворачивает ползун 11 вокруг направляющей 3. В то же время реборды 8 колес 7 препятствуют поперечному перемещению нижних частей колес 7. При входе свободного конца ползуна 11 с пазом 27 во втулку 25 замки 26 удерживают ползун 11 и колеса 7 в данном развернутом положении. Это отклонение верхних частей колес 7 демонстрирует величину и направление поворотного ускорения.

Данная конструкция повышает наглядность проявления действия кориолисовой силы инерции, которая существует в реальности, например, при повороте транспортных средств на скорости.

При реализации изобретения ожидается положительный качественный эффект при изучении соответствующих разделов теоретической механики и физики, экономический эффект от лучшего усвоения демонстрируемого закона.

Похожие патенты RU2078378C1

название год авторы номер документа
Прибор для демонстрации действия кориолисовой силы инерции 1986
  • Бутенин Николай Васильевич
  • Иванов Леонид Демьянович
SU1327150A1
ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ДЕЙСТВИЯ КОРИОЛИСОВОЙ СИЛЫ ИНЕРЦИИ 1991
  • Бутенин Н.В.
  • Лямин А.Е.
  • Иванов Л.Д.
RU2016420C1
Прибор для демонстрации действия кориолисовой силы инерции 1984
  • Никитина Татьяна Георгиевна
  • Иванов Леонид Демьянович
SU1174965A1
Учебный прибор по физике 1977
  • Бутенин Николай Васильевич
  • Иванов Леонид Демьянович
SU657452A1
Прибор для демонстрации центробежных сил инерции 1981
  • Бутенин Николай Васильевич
  • Иванов Леонид Демьянович
SU1005165A1
Учебный прибор по физике 1981
  • Бутенин Николай Васильевич
  • Иванов Леонид Демьянович
  • Керножицкий Владимир Андреевич
SU1005161A2
Учебный прибор по механике 1980
  • Бутенин Николай Васильевич
  • Иванов Леонид Демьянович
SU879629A1
Учебный прибор по физике 1983
  • Иванов Леонид Демьянович
  • Филимонов Евгений Антонович
SU1113837A1
Учебный прибор по механике для демонстрации закона сохранения момента количества движения вращающейся системы тел 1974
  • Бутенин Николай Васильевич
  • Иванов Леонид Демьянович
  • Хруцкий Василий Иванович
SU500539A1
Учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта 1981
  • Бутенин Николай Васильевич
  • Птушкин Анатолий Иванович
  • Иванов Леонид Демьянович
SU957252A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 078 378 C1

Реферат патента 1997 года ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ДЕЙСТВИЯ КОРИОЛИСОВОЙ СИЛЫ ИНЕРЦИИ

Сущность изобретения: прибор для демонстрации действия кориолисовой силы инерции имеет основание, стойку, направляющие с упором и подвижный груз. Груз выполнен в виде колес с ребордами и осью со сферическими подшипниками. Ось кинематически связана с ползуном. При вращении направляющих груз начинает перемещение демонстрируя величину и направление поворотного ускорения. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 078 378 C1

Прибор для демонстрации действия кориолисовой силы инерции, содержащий стойку, связанную со стойкой с возможностью вращения вокруг вертикальной оси направляющую, груз, установленный с возможностью перемещения относительно направляющей, и средство регистрации действия силы Кориолиса, отличающийся тем, что на стойке параллельно первой направляющей установлены две дополнительные направляющие цилиндрического сечения, груз выполнен в виде двух колес с ребордами, размещенных на оси посредством сферических подшипников, а первая направляющая имеет коаксиально установленный ползун, центральное отверстие которого соответствует форме сечения первой направляющей, несущий расположенные эксцентрично относительно его продольной оси поперечные проушины, при этом колеса установлены на соответствующие дополнительные направляющие и их ось шарнирно соединена с проушинами ползуна, а средство регистрации выполнено в виде установленных соосно с ползуном втулки, в последней установлены подпружиненные шариковые фиксаторы, а ползун со стороны этой втулки имеет выполненный на его поверхности кольцевой паз для фиксации ползуна шариковыми фиксаторами.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2078378C1

Прибор для демонстрации действия кориолисовой силы инерции 1986
  • Бутенин Николай Васильевич
  • Иванов Леонид Демьянович
SU1327150A1
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1

RU 2 078 378 C1

Авторы

Бутенин Николай Васильевич

Иванов Леонид Демьянович

Чижов Алексей Викторович

Сохабеев Роман Валерьевич

Даты

1997-04-27Публикация

1994-01-10Подача