СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫТАЛКИВАЮЩЕЙ СИЛЫ УПРУГОГО ОБЪЕКТА МЕТОДОМ ОТСКОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G01P15/00 

Изобретение относится к области спорта и может быть использовано при создании спортивной обуви, в частности - упругим подпятникам, вкладываемым в данную обувь с целью получения дополнительной выталкивающей силы.

В настоящее время выталкивающая сила распределенной упругой системы определяется поперечным сжатием ее образца [1].

Недостаток такого способа - он не дает никаких данных о частотных характеристиках, без которых невозможно подстроиться в резонанс как с напольным покрытием, так и к частотным характеристикам двигательного действия спортсмена.

Предложен способ измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока, когда на указанный упругий объект падает, а затем отскакивает от него металлический стержень с разной удельной массой m_k .

Задача данного изобретения - определить величину удельной массы стержня, при которой на одной из его гармоник w_n будет наблюдаться максимальная сила выталкивания.

Поставленная задача решается спектральным анализом ускорений при падении с фиксированной высоты металлического стержня с различными удельными массами m₁, m₂, ... m_k как в сторону уменьшения массы от значения m₁, так и увеличения и последующего отскока от упругого объекта с закрепленным на верхнем его торце датчиком ускорения [2] и по формуле:

F_kn=m_k·a_kn, (1), где

F_kn - удельная выталкивающая сила упругого объекта на n-й гармонике при k-й удельной массе стержня;

m_k - k-я удельная масса стержня;

a_kn - ускорение удельной k-й массы стержня на n-й гармонике, рассчитывают по наибольшей величине удельные выталкивающие силы упругого объекта при k-х удельных массах стержня на n-х гармониках, из которых определяют значение удельной массы стержня при максимальной выталкивающей силе упругого объекта.

На фиг. 1 приведено устройство для измерения выталкивающей силы упругого объекта. Оно состоит из металлической трубки 3 длиной около 50 см и внешним диаметром 1,5÷1,6 см с приваренным к одному из ее концов фланцем 4 для вертикальной устойчивости. Трубка устанавливается на испытуемый упругий объект 2, размещенный на основании 1. Внутрь трубки поочередно вставляются металлические стержни 5 разной массы по скользящей посадке длиной, немного превышающей длину самой трубки.

Разная масса стержней достигается за счет изменения их длин по отношению друг к другу. Постоянство высоты падения стержней обеспечивает риска 6, нанесенная непосредственно на поверхности самих стержней примерно в двадцати сантиметрах от их концов со стороны фланца. На верхних торцах стержней при помощи пластилина крепится датчик ускорения 7, который через кабель 8 соединен с спектранализатором 9 со сменяемыми RC-цепочками 10, которые регулируют полосу пропускаемых частот, а к выходу спектранализатора подключен вольтметр 11 в качестве индикатора ускорений.

Примеры конкретного выполнения

Порядок измерения удельной выталкивающей силы упругого объекта заключается в установке в спектранализаторе очередного полосового фильтра путем смены RC-цепочек, поднятием стержня с установленным на его торце датчиком ускорения до совмещения с нанесенной на его поверхность риски с краем трубки, отпускание его и запись величины ускорения.

В табл. 1 приведены результаты отскока от упругого объекта по показанию вольтметра.

Например, при установленном полосовом фильтре w=62,8 рад/с и массе стержня m_k =1,1 кг/см², вольтметр, отградуированный на измерение ускорения в единицах земного притяжения - g, показал величину а₁=0,88g. Следовательно, это значение ускорения должно быть вписано в квадрат таблицы, который находится на пересечении строки «a₁»(g) и столбца w=62,80 рад/с.

После заполнения всех квадратов строки «a₁» по формуле (1) вычисляют удельные выталкивающие силы упругого объекта на остальных частотах - от 37,68 рад/с до 125,6 рад/с. Последующие замеры с другими массами стержней m₂=1,5 кг/см² и m₃=1,8 кг/см² определяют удельное давление, при котором выталкивающая сила упругого объекта будет максимальная (которой оказалась удельная масса m_k=l,5 кг/см²).

Предложенный способ измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока позволяет оценивать частотные характеристики двигательных действий спортсменов, а также их максимальную силу выталкивания, а устройство - объективно проводить данные измерения.

Источники информации

1. Беклемишев А.В. Меры и единицы физических величин. М.: Физматгис, 1963 г., 296 стр. с илл.

2. Трофимова Т.Н. Курс физики: пособие для вузов, - Москва, издательский центр «Академия», 2010-580 c.

Изобретение относится к области спорта и может быть использовано при создании упругих подпятников, вкладываемых в спортивную обувь с целью получения дополнительной выталкивающей силы. Устройство для измерения выталкивающей силы упругого объекта состоит из устанавливаемой на исследуемый образец трубки с приваренным к одному из ее концов фланцев и металлических стержней разной массы, на верхних концах которых закрепляют датчики ускорения. При измерении выталкивающей силы упругого объекта металлические стержни с различными массами размещают внутри трубки на фиксированной высоте от поверхности образца и отпускают. Далее измеряют ускорения указанных стержней и рассчитывают выталкивающую силу исследуемого упругого объекта по формуле: F_kn = m_k·a_kn, где F_kn - удельная выталкивающая сила упругого объекта на n-й гармонике при к-й удельной массе стержня; m_k - к-я удельная масса стержня; a_kn - ускорение удельной к-й массы стержня на n-й гармонике. Техническим результатом изобретения является возможность осуществления оценки частотных характеристик двигательных действий спортсменов, а также максимальной силы выталкивания. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ измерения выталкивающей силы упругого объекта путем спектрального анализа ускорения металлического стержня с удельной массой m₁ при его падении с фиксированной высоты и отскоком от упругого объекта с закрепленным на верхнем его торце датчиком ускорения, отличающийся тем, что с целью определения максимального значения выталкивающей силы упругого объекта производят повторные подобные замеры с другими удельными массами стержней m₂, m₃, … m_k как в сторону уменьшения массы от значения m₁, так и увеличения и по формуле:
, где
F_kn - удельная выталкивающая сила упругого объекта на n-й гармонике при ой k-й массе стержня;
a _kn - ускорение удельной k^-й массы стержня на n-й гармонике;
m_k - удельная k-я масса стержня,
рассчитывают удельные выталкивающие силы упругого объекта при k-х удельных массах стержня на n-х гармониках, по наибольшей величине из которых определяют значение удельной массы стержня, при которой наблюдают максимальную выталкивающую силу упругого объекта.

2. Устройство для измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока по п. 1, состоящее из трубки, например, металлической, длиной около 50 см с внешним диаметром 1,5÷1,6 см с приваренным к одному из ее концов фланцем для вертикальной устойчивости, внутрь которой поочередно вставляются стержни разной массы (например, за счет разной длины), на верхних торцах которых через пластилин или специальную мастику крепится датчик ускорения, с нанесенными на их поверхностях рисками в двадцати сантиметрах от конца со стороны фланца, служащие ограничителем высоты подъема, отличающиеся тем, что в качестве согласующего устройства с датчиком ускорения применен спектранализатор с перестраиваемыми полосовыми фильтрами, к выходцу которого в качестве индикатора величины ускорения подключен вольтметр.