Учебная установка для демонстрации и исследования параметрических колебаний маятника Советский патент 1984 года по МПК G09B23/08 

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики.. Известна учебная установка для демонстрации и исследования параме рических колебаний маятника, состо щая из основания, стойки, закрепленного на стойке математического маятника, нить подвеса которого расположена в отверстии регул1фуе мого по положению ограничителя дли ны иити и соединена с регулируемой по положению осью подвеса, устано ленной на механизме изменения длины нити маятника, имеющем приводД Недостатком известной учебной установки является отсутствие измерительных средств параметров колебаний маятника, позволяющих наглядно представить характер его колебаний и расширить эксплуатационные возможности установки. Целью изобретения является повы шение наглядности демонстраций и расширение эксплуатационных возмож ностей. ,; Поставленная цель достигается тем, что учебная установка для демонстрации и исследования параметрических колебаний маятника, состо щая из основания, стойки, закрепленного на стойке математического маятника, нить подвеса которого ра положена в отверстии регулфуемого по положению ограничителя длиьи ни ти и соединена с регулируемой по положению осью подвеса, установлен ной на механизме изменения длины н маятника, имеющем привод, имеет дат чик угла отклонения маятника, выпол ненный в виде соединенной со стойкой и ограничителем длины нити маятника плоской пружины с тензодатчиком, датчик линейных перемещений .нити, состоящий из кулачка, закрепленного на валу привода, и закрепле ной на стойке плоской пружины с тёнзодатчиком, контактирующей с кулачком, двухканашьный видео контрольный блок с усилителем. |электрически соединенный с датчикам датчик длительности и числа периодо .колебаний, состоящий из фотоэлемента и взаимодействующей с ним пластины, установленной на маятнике, электросекундомер и счетчик числа периодов колебаний, электрически связанные с фотоэлементом. Кроме того, установка имеет установленную на стойке пластину со шкалой измерения изменения длины нити и угла отклонения маятника в виде параллельных секторных дуг и индекс, закрепленный на нити маятника напротив шкалы. На фиг. 1 изображена установка, вид спереди на фиг. 2 - то же, вид сбоку. Учебная установка для демонстрации и исследования параметрических колебаний маятника состоит из основания 1, стойки 2 математического маятника 3 с нитью 4, пропущенной через отверстие 5 ограничителя 6 длины нити, закрепленного на хомуте 7 с винтом 8 при помощи кронштейна 9 и пластинчатой пружины 10 с наклеенным на нее тёнзодатчиком 11, закрепленного также на хомуте 7 кронштейна 12 с вертикальной линейкой 13 и шкалой 14 с изображением параллельных сектсрных дуг 15, одна из которых имеет угловую .градуировку 16 , индекса 17, закрепленного на нити 4 против шкалы 14 механизма изменения длины нити, содержащего кривошип 18,. на котором закреплен конец нити, установленные в отверстии 19 планки 20, привод 21 с ре;гулятором 22 скорости вращения и валом 23, кулачок 24, установленный на валу 23, пластинчатую пружину 25 с тёнзодатчиком 26, взаимодействующую с кулачком, фотодатчика 27, соединенного с электросекундомером 28 и со счетчиком числа периодов 29, пластины 30, установленной на маятнике 3, и двухканального видеоконтрольного блока с усилителем (не показан), соединенным с тёнзодатчиком 11 и 26. При работе на установке, перемещая хомут 7, устанавливают по шкале 14 заданную длину нити 4 маятника 3, по электросекундомеру 28 и счетчику числа периодов 29 определяют длительность и число периодов колебани.й маятника 3, а затем расчетным путем определяют частоту собственнь1х колебаний маятника 3. Затем запускают привод 21. Нить 4 и вместе с ней пластина 30 начинают совершать возвратно-поступательное вертикальное перемещение благодаря изменению положения кривошипа 18. Пластина 30 пересекает луч фотодатчика 27, сигнал с которого поступает на электросекундомер 28 и счетчик числа периодов 29, по которым определяют длительность и число периодов изменения длины нити 4, исходя из которых рассчитывают частоту изменения длины нити 4. Далее путем изменения частоты вращения двигателя .21 с помощью регуятора 22 добиваются, чтобы частота изменения параметра была в два раза больше частоты колебаний маятника 3 для обеспечения параметрического резонанса. Задав .небольшое отклонение маятнику 3 (3-4°), по шкале 14 наблюдают нарастание амплитуда колебаний маятника 3 и производят сравнение действительной амплитуды колебаний с расчетной. Одновременно с этим сигналы с тензодатчиков 11 и 26 поступают на двухлучевой осциллограф, на экране кртсч ого наблюдают характер изменения параметров колебаний маятника 3 и производят соответствующие изменения частоты, амплитуды и Iфазы колебаний маятника 3 и изменеиий параметра.

Изменяя частоту вращения двигателя 21 регулятором 22 и расстояния оси подвеса от оси вала 23, исследуют колебания маятника 3 при разилх соотношениях частоты изменения дли№1 нити и-частоты собственных колебаний маятника 3, а также при различных акшлитудах его колебаний.

При этом для обеспечения параметрического резонанса в каждом случае необходимо совпадение фаз колебаний ДПИ1& нити и колебаний маятника 3, что достигается незначительном и кратковременном изменением частоты вращения двигателя 21 регулятс ом 22 при наблюдении колебаний на экране двухлучевого осциллографа.

Использование данной установки в учебном процессе позволяет повысить наглядность демонстрации и усваеваемость обучаекыми материала., относящегося к разделу физики, изучающему колебания и волны.

1. УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКА, состоящая ИЗ основания, стойки,.закрепленного на стойке математического маятника, нить подвеса которого расположена в отверстии регулируемого по положению ограничителя дли.ны нити и соединена с регулируемой по положению осью подвеса, связанной с механизмом изменения длины нити маятника, имеющим привод, отличающаяся тем, что,с целью повышения наглядности демонстрации и расширения эксплуатационных возможностей, она имеет датчик угла отклонения маятника, выполненный в виде соединенной со стойкой и ограничителем длины нити маятника плоской пружины с тензодатчиком, датчик линейных перемещений нити, состоящий из кулачка, закреплецного на валу привода, и закрепленной на стойке плоской пружишл с тензодат- чиком, контактирующей с кулачком, двухканальный видеоконтрольный блок с усилителем, электрически соединенный с датчиками, датчик длительности и числа периодов колебаний, состоящий из фотоэлемента и взаимодействующей с ним пластины, установленной на маятнике, электросекундомер и счетчик числа периодов колебаний, электрически связанный с О) фотоэлементом.. 2. Установка по п. 1, отличающаяся, тем, что она имеет установленную на стойке пластину со шкалой измерения изменения длины пути и угла отклонения маятни ка в виде параллельных секторных ду и индекс, закрепленный на нити маятника напротив шкалы. 35 :л to :п

ас/гша у етчия na/nffiempa

19

g Периодб1

Ь

Л

27

28

/

/

, с

21 23 2if2S 20 Л

fg

IS