Учебный прибор по физике Советский патент 1983 года по МПК G09B23/08 

Изобретение относится к учебным пособиям по физике и может быть исполь зовано аля демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации математического маятника, Известен учебный прибор по физике, соаержаший корпус из прозрачного матер ла в форме параболоипа и грузы разно Г массы и размеров, имеющие сферическую форму, регистрирующее устройство, элект ркчески связанный с ним фотодатчик, установленный над корпусом Ij . Недостатком известного устройства является сложность осуществления демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является учебный прибор по физике, содерж щий стойку с перекладиной, на одном кон цё которой закреплен математический маятник, и средство для сообщения маятнику движения по эллиптической траекто рии 2. Однако в данном маятнике средство для сообщения маятнику движения по эллиптической траектории не обеспечивает демонстрацию параметрического резонанс изохронной ротации. Целью изобретения - является расшир ние демонстрационных возможностей путем демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации. Указанная цель обеспечивается тем, I что в учебном приборе по физике, содержащем стойку с перекладиной, на одном конце которой закреплен математический маятник, к средство для сообщения маятнику движения по эллиптической траектории, средство для сообщения маятнику движения по эллиптической траектории имеет закрепленную на стойке и параллельную ей бояку с отверстием, соосным с линией отвеса маятника, и привод, включакяций вариатор, закрепленный на его выходном валу эллиптический кулачок поцпружиненный толкатель, контактирующи с кулачком, а также гибкий элемент прохоа$пцнй через отверстие балки и соединенный щарнирно с толкатели и маятником в его нижней точке. Кроме того, учебный прибор имеет контрольный математический маятник, закрепленный на свободном конце перекла дины. На фиг. I изображен учебный прибор п физике, общий вид; на фиг. 2 - вид А на фиг. I (в увеличенном масштабе); на фиг. 3 - крепление кулачка к выходной оси вариатора; на фиг.-4 - орбиты движения груза маятника.Учебный прибор по физике содержит стойку I с перекладиной 2, на одном конце которой закреплен математический маятник, состоящий из нити 3 и груза 4, а на другом конце закреплен аналогичный ему контрольный математический маятник, состоящий из нити 5 и груза 6, равных по своим параметрам нити 3 и грузу 4. Учебный прибор содержит также средство для сообщения маятнику движения по эллиптической траектории, имеющее закрепленную на стойке I и параллельную ей балку 7 с отверстием 8, соосным линии отвеса маятника и привод 9, включающий электродвигатель 10, вариатор 11, закрепленный на его выходном валу 12 эллиптический кулачок 13 точка апогея которого совпадает с осью вала 12, подпружиненный пружиной 14 толкатель 15, контактирующий с кулачком 13, а также гибкий элемшт (нить) 16, проходящий через отверстие 8 балки 7 и соединенный шарнирно с помощью карабинов 17с толкателем 15 и грузом 4 математического маятника в его нижней точке. Траектории движения груза 4 могут быть круговые по кривой 18 или эллипсными по кривой 19, Профиль кулачка 13 соответствует кривой 20. Для демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации необходимо: установить кулачок 13 в положение, соответствующее положению на фиг. 1 установить длину нити 16 такой, чтобы при максимальном отклонении рабочего маятника угол Ср составлял 12-15 , определить по известной формуле.частоту обращения маятника где .(О - частота обращения маятника; - ускорение свободно падакядего Н - .длина маятника; установить на вариаторе 11 частоту вращения выходного вала 12 равной вьгчис - ленной W . После подготовки оператор- демонстрирует опыт, для чего раскручивает вручную рабочий маятник 3, 4 так, чтобы груз 4 описывал окружность в плоскости, параллельной плоскости земли, а угол при вершине между образующей конуса и отвесом занял значение п Затем оператор целает то же самое контрольным маятником 5, 6, т. е, раскручивает груз 6 так, чтобы утоп 1П1И вершине тоже принял значение с . После этого оператор включает двига тель 10 привода 9 в сеть, в результате чего кулачок 13 начнет вращаться с частотой -СО , а толкатель 15 соверша возвратно-поступательные двинсения, при этом круговая орбита груза 4 (крк вая 18) трансформируется в эллипсную (кривая 19). Движение по эллипсу (кривая 19) происходит при условии, что м ро « 1 т. е. длина радиуса эллипса J , нач ло которого лежит в фокусе F мало изменяется по сравнению со средней длиной радиуса эллипса Ро , при чем 6 есть амплитуда укорочения радиуса. При истечении 10-15 мин круговые ДВИЖЕНИЯ груза 6 контрольного маятника прекратятся, а груза 4 рабочего маятника будут продолжаться без затух ния. Ротация груза 4 будет сколь угодно долгой, пока существует энергия накачки. После отключения энергии накачки пу тем выключения двигаетеля Ю, груз 4 начинает совершать круговые движения (кривая IS), затухающие во времени. Второй вариант демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации заключается в тоМ, что накачку энергии производят вручную. Для этого ОТ устройства отсоединяют привод 9. Затем поочередно раскручивают оба маятника на угол Ср 12 - 15 . и, взявшись рукой за нижний конец нити 16, совершают возвратно-поступательные движения так, чтобы груз 5 двигался по эллипсу. Дидактическая эффективность изобретения состоит в том, что с помсшью учебного прибора по физике раскрывается физическая сущность существования эллиптических орбит планетарных систем, заключающаяся в том, что ведущая планета .(например солнце) один раз за период обращения ведомой планеты 1 земля) притягивает ее сильнее, тем самым ведущая планета сообщает ведомой планете дополнительную энергию, которую она теряет на совершение движения по. орбите, и поэтому всегда одна из планет находится в фокусе эллипсной орбиты. Изобретение позволяет также расширить демонстрационные возможности путал демонстрации параметрического резо нанса изохронной ротации.

.1. УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ, содержащий стойку с перекладиной, на одном конце которой закреплен математический маятник, и средство для сообщения маятнику движения по эллиптической траектории, о т л и ч а ю щ и И -j с я тем, что, с целью расширения ое- монст ационных возмон«ностей путем демонстрации параметрического резонанса изохр онной ротации, средство для сообще шш маятнику движения по эллиптической траектории имеет закрепленную на стойке и параллельную ей балку с отверстием соосным с линией отвеса маятника, и привод, включающий вариатор, закрепленный на его выходном валу эллиптический кулачок, подпружиненный толкатель, контактиру«яций с кулачком, а также гибкий элемент, тфоходящий через отверстие балки и соединенный шарнирно с толкателем- и с маятником в его нижней точке. с 2. Прибор по п. t, о т л и ч а ю щ И и с я тем, что, он иМеет контрольный (Л .математический , закрепленный на свободном конце перекладины.

фиг 1

//VX////

фаг.2 ВидЛ

1043724

/

73

Место Свар1ш

Фие.