Прибор для демонстрации центробежных сил инерции Советский патент 1983 года по МПК G09B23/08 

(54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ ИНЕРЦИИ

1

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

По основному авт. св. № 830508 известен прибор, используемый преимущественно для демонстрации центробежных сил инерции. Этот прибор выполнен в виде центрифуги с вертикальным валом, закрепленными на валу V-образными рычагами, свободные концы которых соединены вертикальными планками, при этом рычаги имеют продольные бортики и различный угол между плечами.

На продольных бортиках V-образных рычагов установлены подвижные грузы, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с кольцевым желобом. Для вращения центрифуги на общем основании прибора установлен привод 1.

Однако указанный прибор не позволяет наглядно демонстировать действие сил Кориолиса.

Целью изобретения является расширение диапазона решаемых задач путем обеспечения возможности наглядной демонстрации действия сил Кориолиса.

Эта цель достигается тем, что, в приборе, содержащем привод, центрифугу с вертикальным валом, закрепленными на валГ-образными рычагами, свободные концы которых соединены вертикальными планками, при этом рычаги имеют продольные бортики и. различный угол между плечами, а на продольных бортиках V-образных рычагов установлены подвижные грузы, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с кольцевым желобом, каждый подвижный груз имеет полость и свободно установленный в ней дополнительный груз с индикатором его положения.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2- подвижньш. цилиндрический груз, разрез.

Прибор имеет основание 1, на котором в подшипниках установлен вал 2 центрифу ° ги, на валу 2 закреплены два V-образных рычага 3 с бортиками, свободные концы рычагов 3 соединены с планками 4. Верхний и нижний V-образные рычаги 3 имеют различные углы между плечами. Прибор также содержит привод 5 вращения центрифуги и подвижные грузы 6, выполненные в виде цилиндра с кольцевыми желобами для установки на бортиках рычагов 3. Внутри каждого груза 6 в центральной части выполнена полость 7, в которую помещен дополнительный груз 8 со свободой перемещения вдоль оси цилиндрического груза 6. Перемещение дополнительного груза 8 относительно центра груза 6 передается индикаторам, которые могут быть выполнены электрическими, механическими и т. п. Одна из конкретных реализаций индикатора представлена на фиг. 2. В центре цилиндрического груза 6 выполнено сквозное отверстие 9 на всю его высоту, в которое помещены стержни 10 с манжетами 11. Стержни 10 получают движение при воздействии на них дополнительного груза 8. сила давления которого направлена вдоль оси цилиндрического груза 6 и перемещаются в отверстии 9 прямолинейно. Концы стержней 10 являются индикаторами перемещения дополнительного груза 8 относительно центра цилиндрического груза 6. При взаимодействии дополнительного груза 8 с одним из стержней 10 на последнем создается тормозной момент вследствие трения между манжетами 11 и стенками отверстия 9. При вращении рычагов 3 на подвижные цилиндрические грузы 6 действуют две силы: центробежная сила инерции и сила тяжести. Грузы находятся в равновесии при выполнении условия (пренебрегая трением) равенства этих сил, при этом они занимают стационарное положение на рычагах 3, а скорость вращения центрифуги равна какойлибо величине б/о. Если скорость вращения центрифуги Сс/ изменится, то при о; cJo грузы будут перемещаеться вниз по рычагу 3, а при иг оГр - вверх по рычагу 3. Одновременно с демонстрацией центробежных сил инерции прибор позволяет демонстрировать величину и направление поворотного ускорения. Для этого ставят грузы 6 вначале только на рычаги 3 с большим углом между плечами, а стержни 10 устанавливают заподлицо с торцами оснований грузов 6. Приводят во вращение V-образные рычаги 3 с грузами 6 с некоторой угловой скоростью Ct/, включив для этого привод 5. При ur iiJg центробежные силы инерции действуютна подвижные б и дополнительные грузы 8 в одном и том же направлении и дополнительные грузы 8 находятся в центрах цилиндрических грузов 6. При достижении V-образными рычагага ми 3 угловой скорости cJ сл/о грузы б начнут перемещаться вверх по желобу с некоторой относительной скоростью V. В силу присущей массе дополнительных грузов 8 инерции, стремясь сохранить свое прежнее направление движения, они начнут перемещаться внутри полости 7 вдоль оси цилиндрического груза б, надавливая на соответствующие щтыри 10. Концы последних выходят из цилиндрических грузов б, демонстрируя величину и направление поворотного ускорения. Затем изменяют направление вращения рычагов 3. В этом случае сразу же изменяется направление поворотного ускорения дополнительных грузов 8,и поэтому происходит изменение направления перемещения дополнительных грузов 8 внутри подвижных грузов б, а также и направление выхода щтырей 10. Ускорение Кор иол иса .отсутствует в том случае, когда вектор относительной скорости направлен параллельно оси переносного вращения (о4 О, о(. 180°, где ot- угол между валом 2 и рычагом 3). Для демонстрации зависимости Кориолисойа ускорения от величины угла между векторами относительной скорости V и вектором угловой скорости иГ переносного движения грузы 6 устанавливают на рычаги 3 с меньщим углом между плечами. В этом случае положение дополнительных грузов 8 в больщей степени порождается действием центробежных сил, и стержни 10 выходят из торцов грузов б на меньщую величину. Изобретение позволяет расширить диапазон рещаемых задач путем обеспечения .возможности демонстрации действия сил Кориолиса. Формула изобретения Прибор для демонстрации центробежных сил инерции по авт. св. № 830508, отличающийся тем, что, с целью расщирения диапазона рещаемых задач путем обеспечения возможности демонстрации действия сил Кориолиса, каждый подвижный груз имеет полость и свободно установленный в ней груз с индикатором положения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 830508, кл. G 09 В 23/08, 1981 (прототип).

/f5

W 11