Учебный прибор по физике Советский патент 1986 года по МПК G09B23/08 

Изобретение относится к учебным приборам и пособиям по физике и может быть использовано для наглядной демонстрации законов физики, в частности закона движения центра масс.

Цель изобретения - повышение наглядности нрибора.

На фиг.1 изображен учебный прибор, общий вид; на фиг.2 - несуш,ая панель, вид снизу; на фиг.З - тележка при снятых несущей и опорной панелях, вид сверху; на фиг.4 - несущая панель при разведенных маятниках, вид сверху; на фиг.5 - график, вычерченный пишущим устройством на листе бумаги, укрепленном на барабане бумаго- носителя.

Учебный прибор по физике содержит установленную на тележке 1 наклонную опору 2 с установленными в под1нкпниках 3 осями качания 4, на которых закреплены подвесы маятников 5, средство для изменения частоты колебаний каждого маятника 5, барабан 6 бумагоносителя и пишущий элемент 7. Учебный гфибор имеет также узел синхронизации, состоящий из закрепленного на наклонной опоре 2 синхронизирующего вала 8, концы которого кинематически связаны с осями качания 4 каждого маятника, например, посредством конической передачи 9, и из трособлочной системы, связанной концами гибких элементов с валом барабана 6 бумагоносителя и имеющей установленные в средней части синхронизирующего вала 8 две катушки 10 с противоположной навивкой гибких элементов 11 и направляющие ролики 12, закрепленные на тележке 1. Причем пишущий элемент 7 закреплен на непол,- вижном основании 13. Средство для изменения частоты колебаний каждого маятника состоит из кронштейна 14 с плоской пружиной 5 и прикрепленным к ним торсионом 16, свободный конец которого соединен с подвесом каждого маятника посредством поводка 17 с зажимом 8. Штыри 19 1 ред- назначены для фиксации маятников в заданном угловом положении перед проведением эксперимента.

Прибор работает следующим образог 1.

Перед началом демонстрации на барабан 6 бумагоносителя укрепляют лист бумаги (миллиметровки) с координатной сеткой XiX2 так, что ось Xi расположена вдоль образующей цилиндра барабана 6 бумагоно сителя. Затем разводят маятники 5 па заданный начальный угол, связывают штыри 9 пережигаемой нитью (фиг.4) и ставят тележку 1 на неподвижное основание 13 так, что пишущий элемент 7 находится в начале координат XiX2 координатной метки листа бумаги, укрепленного на барабане 6 бумагоносителя устройства вычерчивания графиков движения.

После пережигания нити маятники начинают совершать синхронные угловые колебательные движения вдоль плоскости наклонной опоры 2, оказывая при этом сило

5

0

5

0

5

0

5

0

. ;

Е.ое воздействие на тележку 1, которая на- инает совершать колебательные движения по неподвижному основанию 13. Относительное колебательное движение маятников 5 на наклонной опоре 2 и переносное движение тележки 1 являются, таким образом, взаимосвязанными динамическими процесса- гли, строгое описание которых возможно только при соб.людении условия синхронности колебаний маятников., при котором движение устройства во время эксперимента может быть рассмотрено как движение системы двух тел. Синхро нность колебаний маятников осуществляется с помощью синхронизирующего вала 8, который совершает крутильные вращения под воздействием силовых моментов качающихся матяников, передаваемых через находящуЮ Ся в зацеплении коническую передачу 9. Посредством гибких элементов 11 катушек 10 и 12 крутнльные вращения син- хронизируюилего Е-а.ча 8 вызывают угловые повороты 6iapa6a),a 6 бумагоносителя. В результате этих угловых поворотов барабана 6 бумаго1 осителя и движения его вместе с тележкой 1 по неподвижному основанию 13 пин ущи.й элемент 7 вычерчивает на листе бумаги, закрепленном на барабане 6 бумагоносителя графическую линию (фиг.5), проекция которой на ось Xi координатной сетки XiXa равна переносному перемещению X тележки ., а проекция на ось Xi пропорциональна относительному угловому пе- ремещ(пчию q; маятников. При равенстве единице коэффициентов передач шестерен конической Г1ередачи и равенстве диаметров блоков 10 и 12 величина Xv определяется простым равенством: К- Rep, где R - радиус барабана 6 бумагоносителя.

Таким образом, в результате эксперимента получается рафическая зависи.мость .Х| ((Ха), которая с учетом масштабирующего множителя R представляет экспери- .ментально полученную зависимость Х 1(ф), с которой далее производится сопоставление теоретической зависимости, получаемой из закона движения центра масс.

Наличие синхронизирующего узла в учебном приборе обеспечивает высокую точность получаемых эксперимеиталь} ых зависимостей, которая при проведении сопоставительного анализа позволяет делать-достаточно достоверные выводы о справедливости закона движения центра масс з общем случае и проводить оценки эффективности введения поправок или учета допол1штельных членов составляемых уравнений динамики системы тел для объяснения наблюдаемых явлений, как, например, наличие посоянной составляющей поступательного устройства, что повышает наглядность прибора.

Формула изобретения

Учебный прибор по физике, содержащий основание, установленную на тележке наклонную опору с установленными в подшипниках осями качания, на которых закреплены подвесы маятников, средство для изг менения частоты колебаний каждого маятника, барабан бумагоносителя и пишущий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения его наглядности, он имеет узел синхронизации, состоящий из закрепленного на наклонной опоре синхронизирующего вала, концы которого кинематически связаны с осями качания маятников, и трособлоч- ной системы, имеющей установленные на средней части синхронизирующего вала две .катушки с противоположной навивкой гибких элементов, концы которых связаны с валом барабана бумагоносителя, а пищущий элемент установлен на основании.

/J

ф1/г.

Изобретение позволяет повысить наглядность учебного прибора по физике. Наклонная опора 2 установлена на тележке 1. Оси качания (ОК) 4 опоры 2 установлены в подшипниках 3 и имеют маятники 5. Средство для изменения частоты колебаний каждого маятника 5, барабан 6 бумагоносителя и пишуш,ий элемент 7 также закреплены на ОК 4. Узел синхронизации имеет синхро- ннизируюш,ий вал (В) 8, закрепленный на опоре 2. Концы В 8 кинематически связаны с ОК 4 каждого маятника. Узел синхронизации имеет трособлочную систему, связанную с валом барабана 6 бумагоносителя и имеющую в средней части В 8 две катушки 10 с противоположной навивкой гибких элементов 11. Пишуш.ий элемент 7 закреплен на неподвижном основании 13. 5 ил. J5 /4 (Л ю ю со со О5 fZ фцг.1

,/-