Учебный прибор по физике Советский патент 1983 года по МПК G09B23/06 

(54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ

1

Изобретение относится к учебным пособиям по физике и может быть использовано для демонстрации действия сил Кориолиса в высших и средних специальных учебных заведениях.

По основному авт. св. № 657452 извес- 5 тен учебный прибор по физике, содержащий установленный на приводном валу стол и ; смонтированные на столе два связанных бесконечной лентой шкива, один из которых закреплен на валу электродвигателя, а Q также стойку со стопором и кронштейн, один конец которого свободно установлен в стойке соосно с валом электродвигателя, а в другом закреплена ось второго шкива 1.

Существенный недостаток данного прибора состоит в том, что демонстрируемый эффект может одновременно наблюдать лишь небольшая группа обучаемых, что усложняет учебный процесс и уменьшает наглядность.

Целью изобретения является повышение 20 наглядности демонстрации действия сил Кориолиса и удобства пользования.

Указанная цель достигается тем, что учебный прибор по физике, имеющий установленный на приводном валу стол и смонтированные на столе два связанных бесконечной лентой шкива, один из которых закреплен на валу электродвигателя, стойку со стопором и кронштейн, один конец которого свободно установлен в стойке соосно с валом электродвигателя, а в другом закреплена ось второго шкива, имеет также два магнитомодуляционных датчика, установленные по обе стороны кронштейна на расстоянии от него, меньшем радиуса шкивов, и в плоскости, параллельной плоскости шкивов, блок индикации и измерительную схему, вход которой соединен с магнитомодуляционными датчиками, а выход подключен к блоку индикации, при этом бесконечная лента выполнена из магнитного материала.

На фиг. 1 схематически изображен учебный прибор по физике, общий вид; на фиг. 2- принципиальная электрическая схема блока управления и индикатора прибора.

В основании 1 учебного прибора установлен вертикальный приводной вал 2, соединенный с,помощью шестерен 3 и 4 с электродвигателем 5. Поворотный стол 6

жестко соединен с валом 2. На поворотном столе 6 установлен электродвигатель 7, стойка 8 со стопором 9 и кронштейном 10. На оси электродвигателя 7 закреплен ведущий шкив 11, а на кронштейне 10 установлен ведомый шкив 12 и два магнитомодуляционных датчика 13, 14, например геркона, установленных по обе стороны кронштейна 10 в плоскости, параллельной плоскости шкивов И, 12. Магнитомодуляционные датчики 13, 14 установлены в средней части кронштейна 10 на расстоянии от его центра, меньшем радиусе шкива. Входы датчиков 13, 14 соединены с источником питания, а выходы - с измерительной схемой 15 (фиг. 2).

Оба шкива соединены бесконечной лентой 16, выполненной из магнитного материала, например магнитофора.

Кронштейн 10 установлен в стойке 8 с возможностью поворота вместе со шкивом 12, магнитомодуляционными датчиками 13, 14 и лентой 16.

Измерительная схема 15 включает реле Р1, Р2 и контакты реле Р 1/1, Р 1/2, Р 2/1, Р 2/2.

Выход измерительной схемы 15 соединен со входом блока индикации 17, установленного на основании 1 учебного прибора.

Блок индикации состоит из платы 18, на которой размеш,ены отдельные сегменты 19-21 прямолинейной формы, например в виде римской цифры IX.

Сегменты 19-21 служат для индицирования положения ленты 16 относительно плоскости шкивов 11 и 12.

Сегменты 19 и 20 расположены под углом к вертикальной плоскости, а сегмент 21 - в вертикальной плоскости. Сегменты 19- 21 могут быть набраны из отдельных световых элементов, например электролампочек. С внешней стороны плата 18 с сегментами 19-21 закрыта прозрачной матовой пластиной 22.

Для демонстрации Кориолисова ускорения кронштейн 10 со шкивами 11 и 12 и лентой 16 устанавливают в горизонтальное положение, включают электропитание схемы управления, оставляя стол 6 неподвижным, приводят шкивы 11 и 12 во врашение, включив для этого электродвигатель 7. В результате этого лента 16 перемещается вдоль столба 6 с некоторой скоростью V. Перемещение ленты 16 в этом случае происходит строго в вертикальной плоскости шкивов 11 и 12. Сегменты 19-21 не засвечиваются. Затем столу 6 сообщают врашение вокруг вертикальной оси при помощи двигателя 5 с угловой скоростью cJ. Ветви ленты 16 изгибаются в горизонтальной плоскости, причем во взаимно противоположных направлениях, и одна из них взаимодействует с магнитомодуляционным датчиком (13 или 14).

Один из датчиков срабатывает, замыкает цепь реле (Р1 или Р2), которое своими контактами Р 1/1 или Р 2/1) включает цепь питания электролампочек соответствующего сегмента блока индикации 17, демонстрируя направление поворотного ускореЕШЯ.

В силу присущей массе ветвей ленты 16 инерции они, стремясь сохранить свое прежнее направление движения, начинают отклоняться от вертикальной плоскости вращения шкивов 11 и 12, вытягивая ленту 16 в горизонтальной плоскости.

Затем изменяют направление вращения шкивов 11 и 12 или стола 6. В этом случае сразу же изменяется направление поворотного ускорения отдельных частиц ленты 16 и поэтому происходит изменение направления изгиба ветвей ленты 16. Теперь индикация положения ветвей ленты 16 отображается другим наклонным сегментом блока индикации 17.

Ускорение Кориолиса отсутствует в том случае, когда вектор относительной скорости направлен параллельно оси переносного вращения ( л О, ot 180°).

Для демонстрации зависимости Кориолисова ускорения от величины угла между векторами относительной скорости V и вектором угловой скорости о/ переносного движения шкивы II и 12 с лентой 16 и кронштейном 10 с датчиками 13, 14 устанавливают в крайнее верхнее или промежуточное положение. В этом случае прогиб ветвей ленты 16 порождается действием лишь центробежных сил, и обе ветви ленты 16 получают изгиб в одном и том же направлении, так как они смещены относительно вертикальной оси в одном и том же направлении и на одну и ту же величину. Срабатывают оба магнитомодуляционных датчика- 13 и 14 и замыкают цепи обоих реле Р1 и Р2, которые своими контактами Р 1/2. и Р 2/2 включают цепь питания электролампочек сегмента 21, расположенного на блоке индикации 17 параллельно вертикальной плоскости. Так как датчики 13 и 14 расположены только с одной стороны относительно плоскости шкивов 11 и 12, то это учитывают при определении направления вращения стола 6 в последующем опыте.

Изобретение позволяет значительно повысить наглядность, удобство пользования прибором и дает возможность оперативно продемонстрировать действие ускорения Кориолиса одновременно больщой группе обучаемых.

Формула изобретения

Учебный прибор по физике по авт. св. № 657452, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности демонстрации действия сил Кориолиса и удобства пользования, он имеет два магнитомодуляционных датчика, установленных по обе стороны кронштейна на расстоянии от него, меньшем радиуса шкивов и в плоскости, параллельной плоскости шкивов, блок индикации и измерительную схему, вход которой соединен с магнитомодуляционными датчиками.

а выход подключен к блоку индикации, при этом бесконечная лента выполнена из магнитного материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 657452, кл. G 09 В 23/06, 1977.