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

Изобретение относится к учебным пособиям по теоретической механике и физике. Известен прибор для демонстрации центробежных сил инерции, содержащий центрифугу с вертикальным валом, закрепленные на валу один под другим два двуплечих V-образных рычага с продольными бортиками, вертикальные планки, соединяющие свободные концы рычагов, привод вращения центрифуги и подвижные грузы в виде цилиндров с кольцевым желобом 1. Однако известный прибор характеризуется недостаточно высокой наглядностью демонстрации моделируемого физического закона, связанной с невозможностью показать, что существует такая форма профиля направляющей V-образного рычага, в каждои точке которой материальная точка будет находиться в состоянии равновесия при заданной угловой скорости. Целью изобретения является повыщение наглядности демонстрации. Поставленная цель достигается тем, что прибор для демонстрации центробежных сил инерции, содержащий центрифугу с вертикальным валом, закрепленные на валу один под другим два двуплечих рычага V-образных рычага с продольными бортиками, вертикальные планки соединяющие свободные концы рычагов, привод вращения центрифуги и подвижные грузы в виде цилиндров с кольцевым желобом, имеет подпружиненный упор, установленный на одном из плеч нижнего рычага, а второе плечо этого рычага выполнено криволинейным по профилю, определяемому уравнением х2 Y - J 2 где UQ -угловая скорость вала центрифуги; -ускорение силы тяжести. На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство, общий вид. На основании 1 неподвижно закреплена стойка 2, на которой на подшипниках 3 установлен вертикальный вал 4 центрифуги с поворотными двуплечими V-образными рычагами 5, 6 для грузов 7. V-образные рычаги 5, 6 содержат направляющие с продольными бортиками. Свободные концы обоих рычагов 5 и 6 соединены вертикальными планками 8. Одна из направляющих 9 V-образного рычага 6, имеющего меньщий угол между плечами, выполнена криволинейной и профиль ее определяется по приведенной формуле. Вторая направляющая 10 того же V-образного рычага 6 прямолинейна. В дне этой направляющей выполнено продольное отверстие 11 и установлен упор 12 подпружиненный с возможностью поворота перпендикулярно плоскости рычага и на расстоянии от оси вертикального вала 4, определяемом по выражению Xj где ot - угол наклона направляющей 10. Грузы 7 выполнены в виде цилиндров с кольцевым желобом и установлены на бортиках рычагов 5, 6. V-образные рычаги 5 и 6 приводятся во вращение приводом 13. Прибор работает следующим образом. Перед демонстрацией свойств центробежных сил инерции все грузы 7 находятся на бортиках направляющих поворотных V-об разных рычагов 5 и 6 и касаются вертикального вала 4. Груз, находящийся на бортиках прямолинейной направляющей 10 рычага 6 , ставят на упор 12. Затем подают питание на привод 13. Профиль криволинейной направляющей 9 выбран таким, что в каждой ее точке груз находится в ревновесии при о/ 0/0. Таким образом, если вертикальному валу 4 с поворотными V-образными рычагами сообщается угловая скорость cj ц,, то на прямолинейной направляющей 10 груз 7 будет находиться в равновесии только в точке х XQ, на криволинейной 9 - в любом месте. При вращении V-образных рычагов 5 и 6 вокруг вертикальной оси стойки 2 вначале расходятся грузы, находящиеся на рычаге 5. На криволинейной направляющей 9 груз 7 перемещается по параболе. При начинает движение груз, находящийся на упоре 12. Давление груза на упор 12 ослабевает и под действием пружины он поворачивается и входит в продольное отверстие 11 дна направляющей 10. Если bJ уменьшается доVQ,груз 7 на направляющей 10 вновь перемещается по продольным бортикам до места упора 12, а груз 7 на криволинейной направляющей 9 остается неподвижным, в прежнем положении. При дальнейщем уменьщении угловой скорости до CJ грузы 7 на направляющих 9 и 10 изменяют свое положение в сторону оси вращения. Уменьщая или увеличивая cj, можно наблюдать, что точка равновесия груза на криволинейной направляющей 9 при W может находиться на любом ее месте, а на прямолинейной направляющей 10 - только в точке X х,,. Использование предлагаемого прибора обеспечивает возможность продемонстрировать такие особенности моделируемого физического закона как состояние устойчивого равновесия. Это расширяет демонстрационные возможности прибора, повышает наглядность обучений. Формула изобретения Прибор для демонстрации центробежных сил инерции, содержащий центрифугу с вертикальным валом, закрепленные на валу один под другим два двуплечих V-образных рычага с продольными бортиками, вертикальные планки, соединяющие свободные концы рычагов, привод вращения центрифуги и подвижные грузы в виде цилиндров с кольцевым желобом, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности демонстрации, он имеет подпружиненный упор, установленный на одном из плеч нижнего рычага, а другое плечо этого рычага выполнено криволинейным по профилю, опредялемому уравнением. где wo - угловая скорость вала центрифуги; - ускорение силы тяжести. Источники информации, принятые во внимание йри экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Хо 830508, кл. G 09 В 23/08, 1981.