Учебная установка по физике Советский патент 1984 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к учебнолабораторному оборудованию и может быть использовано в учебном процессе

Известна учебная установка по физике, содержащая корпус со стойками и смонтированными на нем полыми газостатическими направляющими, расположенные на них одно за Д1ругим тела, вьтолненные в вида подвижных кареток, стыковочно-пусковое устройство, имеющее пневмопривод, сообщающийся с полостью газостатических, направляющих, силовой айкумулирующий элемент, размещенный между обращенными один к другому торцами кареток, на одном из которых установлен шток, а на противоположном пусковой рычаг, одно плечо которого имеет выступ, а другое плечо связано с пневмоприводом, и стыковочное устройство, имеющее расположенный на одной из стоек штоКа двуплечий рычаг, смонтированный на свободном торце каретки, несущей шТок ij.

Недостатком такой установки является ограниченные возможности демонстрации на ней закона сохранения импульса, первого закона Ньютона и закона неупругого соударения тел.

Цель изобретения - расширение диапазона решаемых задач при демонстрации закона сохранения импульса, первого закона Ньютона и закона неупругого соударения тел.

Поставленная цель достигается тем, что учебная установка по физике, содержащая корпус со стойками и смонтированными на нем полыми га.зостатическими направляющими, расположенные на них одно за другим тела, вьтолненные в вцде подвижных кареток, стыковочйо-пусковое устройство, имеющее пневмоприйод, сообщающийся с П(ОЛостью газостати ческих направляющих, силовой аккумулирующий элемент, размещенный Meaf ду обращенными один к другому торца ми кареток, на одном нз которых установлен шток, а на противоположном - пусковой рычаг, одно плечо которого имеет выступ, а другое плечо связано с пневмоприводом, к стыковочное устройство, имеющее расположенный на одной из стоек штока и двуплечий рычаг, смонтированный на свободном торце каретки, несущей шток, имеет дополнительное стыковочное устройство, состоящее из установ лонного па второй стойке двуплечего

рычага и штока, установленного на свободном конце второй каретки, и установленный на каретке, несущей пусковой рычаг, золотниковый переJ ключатель, связанный с пневмоприводом, имеющий подпружиненньй золотник с буртиком и двуплечий рычаг, одно плечо которого имеет Е1ыступ, расположенный под буртиком, а другое O плечо .связано с пусковым рычагом,

при этом каждый шток имеет подпружи-. ненный стопор,

На фиг.1 изображена предлагаемая учебная установка по физике, общий вид на фиг.2 - вид А на фиг. на фиг.З - подвижные каретки|, на фиг.4разрез Б-Б на фиг.З на фиг.З разрез В-В на фиг.З.

Учебная установка по физике содержит установленные в корпусе 1 газостатически.е направляющие 2, сообщающиеся с источником сжатого воздуха (не показан), на которых установлены два тела в виде подвижных кареток 3 и 4 с Опорными злем;ентами 5 и 6.

На каретке 4 закреплена опора 7, с которой связано стыковочно-пусковое устройство, содержащее силовой аккумулирующий элемент в виде упругого элемента 8 сжатия из листовой стали. Внутри упругого элемента 8 установлен буферный ограничитель 9. Аккумулирующий элемент 8 свободной стороной контактирует с торцевым упо 10, закрепленным на каретке 3. Шток 11 подвижно установлен на торце каретки 4 посредством направляющей втулки 12, зак реш1енной на опоре 7 и снабжен измерительными элементами для задания параметров движения кареток 3 и 4, выполненными в виде визира 13, размещенного на конце щтока 11, и расположенных на выступе 14 опоры 7 щкалы 15 для задания силы деформации аккумулирующего элемента 8 и.шкалы 16 дли регистрации скорости каретбк 3 и 4. В направляющей втулке 12 щарнирно установлен своим нижним выступом стопор 17, в отверстии которого с зазором расположен подпружиненный шток 11, Стопор. 17 под действием пружины 18 устанавливается с перекосом и заклинивает шток 11.

Свободный конец штока 11 имеет два конических выступа 19 и 20 и расположен с зазором в отверстия 21 упора iO, на котором шатжирно 31 установлен пусковой рычаг 22, одно плечо которого выполнено с выступом 23, контактирующим с коническим выступом 19 штока 11. Положение штока 11 регулируется вручную и фиксируется винтом 24, Исходное положение штока 11, когда аккумулирующий элемент 8 контактирует с торцевым упором 10 при его нулевой деформации, соответствует положению визира 13 напротив нулевых делений шкал 15 и 16, Второе плечо 25 пускового рычага 22 кинематически связано с толкателем 26 установленного на каретке 3 пневмопривода 27 стыковочно-пускового устройства, сообщающегося с полостью газостатических направляющих2 с помощью трубопроводов 28 и 29 через золотниковый переключатель имеющий корпус 30, золотник 31, на конце «оторого имеется буртик 32 и пружину 33. Qa каретке 3 закреплен двуплечий рычаг 34, одно плечо 35 которого установлено с возможностью контакта с плечом 25 пускового рычага 22, а второе плечо 36 имеет выступ, контактирующий с буртиком 32. .На конца падростатических направляющих 2 установлены стойки 37 и 38. Кроме того, установка имеет стыковочное устройство, состоящее из упора 39 с двуплечим рычагом 40 и пружиной 41, установленных на свобо ном торце каретки 4, и подпружиненного штока 42, аккумулирующего элемента 43, подпруяшненного стопора 4 которые закреплены на стойке 37. Установка имеет также дополнительное стыковочное устройство, состоящее из установленного на второй стойке 38 аккумулирующего элемента 45, упора 46 с двуплечим рычагом 47 и установленных на свободном торце каретки 3 подпружиненного штока 48 с одним коническим выступом и стопо ра 49, а также измерительных элементов, выполненных аналогично соот ветствующим элементам на каретке 4. В комплект установки может быть включена третья каретка- (не изображена), аналогичная каретке 4 со все ми элементами, закрепленными на ней На третьей каретке упругий элемент сжатия с ограничителем может быть установлен на.упоре 39. На входе в газостатические направляющие 2 уста новлен распределительный клапан 50 0 Учебная установка для демонстрации законов движения теп прзволяет демонстрировать первый и третий законы Ньютона, упругое и неупругое соударение тел, а также закон cdXpaнения импульса. Для демонстрации первого и третьего законов Ньютона и закона сохранения импульса каретки 3 и 4 соответственно стыкуют со стойками 37 и 38 или между собой. Затем дистанционно с помощью распределительного клапана 50 расстыковывают каретку 3 со стойкой 38 или каретки 3 и 4 между собой, в результате чего каретки 3 и 4 достигают устан рвленных на концах Йаправлянмцих 2 стоек 37 и 38 и стыкуются с ними при демонстрации первого и третьего законов Ньютона или отталкиваются от аккумулирующих элементов и повторно стыкуются между собой при демонстрации закона сохранения импульса. В случае, когда каретки 3 и 4 отталкиваются от аккумулирукирсх элементов 43 и 45, реализуется упругое соударение тел, а в случае их сты- ковки в процессе движения реализуется неупругое соударение теп. При демонстрации указанных законов с заданными скоростями каретки 3 и 4 устанавливают в соответствующее демонстрируемому закону положения на направляющих 2, шток 11 вручную перемещают до положения, когда визир 13 совмещается с делением шкалы 16, соответствующим заданной скорости кареток 3 и 4, и фиксируют его винтом 24. При этом сцепление свободного конца штока 11 с выступом 23 пускового рычага 22 обеспечивает необходимую деформацию аккумулирующего элемента 8, позволяющую осуществить движение кареток 3 и 4 с заданной скоростью. Режим движения кареток 3 и 4 также может задаваться в зависимости от силы деформации аккумулирующего элемента, задаваемой по. шкале 15. При реализации упругого соударения тел штоки устанавливают в положение, соответствующее максима.1ьной скорости, при котором соударение тел осуществляется без сцепления конических выступов штоков с выступами пускового рычага 22 и рычагов 40 и 47. При реализации неупругого соударения тел штоки устанавливают на

метке нулевой скорости без фиксации. В этом случае при соударении тел конические конць; штоков упираются в дно отверстий упоров 10, 39 и 46 и входят в зацепление с выступами пускового рычага 22 и рычагов 40 и 47, упругие элементы сжимаются на определенную величину до момента полного перехода кинетической энергии в потенциальную и одновременно с этим штоки утапливаются на такую же величину. При этом относительное положение тел при сжатом положении пружин штоков остается неизменным, .так как каж,цый подпружиненный стопо 17, 44 и 49 позволяет перемещаться .соответствующему штоку только в одном указанном направлении. Это осуществляется благодаря фрикционному сцеплению стопора со штоком 42, который под действием пружины и упргого элемента устанавливается под углом к штоку 42 за счет шарнирного крепления нижнего выступа стопора и заклинивает шток при вытягивании.

Для расклинивания штоков, нажимая на верхний выступ соответствующего стопора против часовой стрелки, отводят его в вертикальное положение и после установки штоков в заданном положении стопоры отпускают в исходное положение.

Пуск кареток 3 и 4 осуществляют путем подачи сжатого воздуха в газостатические направляющие 2 с помощью распределительного клапана 50, в результате чего между каретками 3 и 4 образуется воздушная подушка, исключается трение между ними.

Одновременно срабатывает пневмопривод 27, в который воздух попадае из газостатических направляющих через золотниковый переключатель. В

этом исходном положении золотник

31удерживается в крайнем нижнем положении с помощью выступа плеча 36 рычага.34. При этом толкатель 26 пневмопривода 27 перемещает плечо 25 пускового рычага 22, выводя из зацепления со штоком 11 выступ 23 рьгчага 22. Под действием силы деформации упругого элемента 8 каретки 3 и 4, освобожденные от зацепления, начинают двигаться с заданными скоростями.

Одновременно с этим плечо 25 перемещает плечо 35 рычага 34, выводя из зацепления плечо 36 с буртиком

32золотника.

Под действием пружины 33 золотник 31 перемещается в верхнее крайнее положение, в котором пневмопривод 27 сообщается с атмосферой. Лри этом толкатель 26 пневмопривода 27 и рычаг 22 возвращаются в исходное положение, обеспечивающее повторну{о стыковку кареток 3 и 4 путем сцепления выступа 23 рычага 22 с коническим выступом 20 штока 11.

Изобретение позволяет расширить диапазон решаемых установкой задач. Возможность осуществления демонстрации с повторной стьжовкой тел с помощью золонтикового переключателя и двуплечего рычага для его управления, а также дополнительного стыковочного устройства на торцах тел обеспечивает демонстрацию закона сохранения .импульса первого закона Ньютона и закона неупругого соударения тел. Кроме того, установка удобна в эксплуатации, тик как многократное повторение одного и того же эксперимента в заданном режиме осутцествляется простым нажатием на верхний конец эолотника.

ВидА

УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ПО ФИЗИКЕ содержащая корпус со стойками и смонтированными на нем полыми газостатическими направляющими, расположенные на них одно за другим тела, выполненные в виде подвижных кареток, стыковочно-пусковое устройство имеющее пневмопривод,сообщающийся с полостью газостатических направ ляющих, силовой аккумулирующий элемент, размещенный меткду обращенньми один к другому торцами кареток, на. ..одном из которых установлен шток, а на противоположном - пусковой рычаг. 50 одно плечо которого имеет выступ, а другое связано с пневмоприводом, и стыковочное устройство, имеющее расположенный на одной из стоек шток и двуплечий рычаг, смонтированньй на свободном торце каретки, несущей шток, отличающаяся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач при демонстрации закона сохранения импульса, первого закона Ньютона и закона неупругого соударения тел, она имеет дополнительное стыковочное устройство, состоящее из установленного на второй стойке двуплечего рычага и штока, установленного на свободном торце второй каретки, и установленный на (Л каретке, несущей пусковой рычаг, золотниковый переключатель, связанный с пневмоприводом, имеющий подпружиненньй золотник с буртиком, и двуплечий рычаг, одно плечо которого имеет выступ, расположенный под буртиком, а другое плечо связано с пусковым рычагом, при этом каждый шток имеет подпружиненный стопор. #7 Фиг.т