Устройство для демонстрации законов динамики Советский патент 1984 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к учебнолабораторному оборудованию и может быть использовано для демонстрации второго и третьего законов динамики в учебном процессе в высших и средних специальных учебных заведениях. Известно устройство для демонстрации законов динамики, содержащее две расположенные на газостатических направляющих каретки, на одной из KOTop установлен двигатель, с валом которо соединена одним концом нить, а на др гой - стойка для закрепления свободн го. конца нити и сменный груз L 1 |. Недостатком известной установки является наличие помех, влияющих на точность зкспериментов, появляющихся из-за соединения подвижной каретки с источником тока посредством проводов что налагает дополнительные связи на движение каретки. Кроме того, исполь зование внешнего источника тока, установленного на основании, создает н удобства при демонстрации, так как требует значительной предварительной подготовки зкспериментов (необходимость подключения проводов и их размещения на штативе). Цель изобретения - повьш1ение точности и удобства проведения эксперимента. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для демонстрации законов динамики, содержащем две расположенные на газостатических направляющих каретки, на одной из которых установлен двигатель, с валом которого соединена одним концом нить, а на другой - стойка для закрепления свободного конца нити и сменный груз, двигатель вьшолнен в виде пневмотурби ны, имеющей расположенный по ее оси перпендикулярно направляющим штуцер и коллекторную кольцевую полость, сообщающуюся со штуцером и соплами турбины, а на опорных элементах карет ки, несущей двигатель, установлены сообщающиеся с полостью направляющих и щтуцером воздухопроводы. На фиг.1 изображено устройство для демонстрации законов динамики, общий вид, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1, на фиг.4 - турбина, разрез, на фиг.5 турбина, вид сверху. Устройство для демонстрации законов динамики содержит установленные на основании 1 газостатические направ ляющие 2, на которых размещены две 1 6 3 и 4 одинаковой подвижные каретки 3 съемно установлен массы. На каретке двигатель, выполненный в виде пневмо турбины, состоящей из корпуса 5, стакана 6, ротора 7, крышки 8, вертикально расположенной оси 9, на которой установлены подшипники 10 и втулка 11. На наружных кольцах подшипников 10 установлена катушка 12, жестко соединенная с ротором 7. Между корпусом 5 и стаканом 6 образована коллекторная кольцевая полость 13, сообщающаяся с полостью направляющих 2, через радиальные каналы 14, штуцер 15, расположенный в пневмотурбине по ее оси и герметично установленный в вертик.альном отверстии каретки 3, и воздухопроводы 16 и 17, установленные на опорных элементах 18 и 19 каретки 3. В стакане 6 имеются, например, четыре сопла 20, сообщающиеся с кольцевой полостью 13 и направленные по касательным в сторону рабочих поверхностей лопастей 21 ротора 7. На катушке 12 закреплена и намотана нить 22, другим концом соединенная с жестко связанной с кареткой 4 стойкой 23, на которой установлен съемный груз 24 с заданной массой. Нить 22 может быть соединена, как вариант, со стойкой 25, установленной на основании 1. На входе в газостатические направляющие 2 на штуцере 26 с продольными отверстиями 27 установлен распределительный клапан, выполненный в виде поворотной втулки 28 с отверстиями 29, одинаковыми по форме и размером с отверстиями 27. Для поворота втулки 28 имеется закрепленный на ней рычаг 30, пружина 31 и ограничительные упоры 32 и 33. Для дистанционного управления рычагом 30 имеется электромагнит 34. Устройство работает следующим образом. В случае одновременной демонстрации второго и третьего законов динамики (Ньютона) подвижные каретки 3 и 4 без груза 24 устанавливают в крайних левом и правом положениях. Свободный конец нити 22 закрепляют на стойке 23 каретки 4. Поворотная втулка 28 посредством прутккны 31 и упора 32 занимает исходное положение, при котором отверстия 29 совмещены с отверстиями 27 штуцера 26. При этом воздух от источника сжатого воздуха выходит в атмосферу и давление воздуха в полых газостатических направляющих 2 падает до минимума, исключаю щего движение кареток 3 и 4. Для приведения кареток 3 и 4 в движение поворотную втулку 28 с помощью рычага 30 вручную или дистанционно, электромагнитом 34 устанавливают в другое крайнее положение до упора 33, при котором отверстия 27 штуцера 26 перекрываются перемьмками втулки 28. При этом давление в газостатических направляющих 2 мгновенно достигает рабочего значения, между каретками 3 и 4 и газостатическими направляющими 2 образуется воздушная подушка, исключающая трение между ними, а воздух из воздушной подушки, попадающий на лопасти 21 ротора 7 через воздухопровод 16 и 17, отверстие в штуцере 15, радиальные каналы 14, коллекторную кольцевую полость 13 и сопла 20, начинает вращать ротор 7 пневмотурбины. Нить 22 нaмaтывaetcя на катушку 12, и каретки 3 и 4 начинают сближать :ся с ускорением, демонстрируя второй и третий законы динамики. Так как силы действу19щие на каретки 3 и 4,одинако вы и массы кареток равны, то встретят ся они посредине газостатических найравляющих 2. Затем демонстрацию повторяют при разной массе кареток 3 и И 6 4, для этого устанавливают груз 24 на каретке 4. В результате более лёгкая каретка 3 пройдет большой путь и каретки 3 и 4 встретятся ближе к тому краю газостатических направляющих 2, где была каретка 4. В случае демонстрации только второго закона Ньютона каретку 3 устанавливают в левом крайнем положении, а свободный конец нити 22 закрепляют на стойке 25, установленной на основании 1. При пуске установки нить 22 наматывается на катушку 12, сообщая каретке 3 движение с ускорением. Предложенное устройство повышает точность эксперимента благодаря выполнению двигателя в виде пневйотурбины, питающейся от воздушной подушки, образующейся под кареткой, вследствие чего не требуются специальный источник питания, как в прототипе, и, соответственно, провода, соединяющие его с двигателем на каретке, что исключает возникающие от наличия проводов .помехи в законах движения кареток. Кроме того, повьш1ается удобство пользования установкой, так как при подготовке демонстрации не требуется осуществлять подключение двигателя к источнику питания.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЗАКОНОВ ДИНАМИКИ, содержащее две расположенные на газостатических направляющих каретки, на одной из которых установлен двигатель, с валом которого соединена одним концом нить, а на другой - стойка для закрепления свободного конца нити и сменный груз, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и удобства проведения эксперимента, двигатель вьшолнен В виде пневмотурбины, имеющей расположенный по ее оси перпендикулярно направляющим штуцер и коллекторную кольцевую полость, сообщающуюся со штуцером и соплами турбины, -а на опорных элементах каретки, несущей Двигатель, установлены сообщаюпщеся с полостью направляющих и штуце-.. ром воздухопроводы.g

6- В

Фиг.З

8

20

7

/

Фиг Л

22

/J

фаг. 5