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

1

Изобретение относится к учебным приборам для демонстрации законов механики и физики, в частности закона движения центра Nsacc материальной системы тел.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей.

На фиг.1 показан.учебный прибор по физике, общий Ешд; на фиг.2 -- вид А на фиг.1; на фиг.З - схема прибора, при неподвижном положении относительно коро- мыслового стержня дополнительных инерционных масс и не соединенном со стержнем средством изменения частоты колебаний маятника; на фиг.4 - то же, при «отпущенном положении стопоров дополнительных инерционных масс; на фиг.З -- то же, при зафиксированном средстве из.мене- ния частоты колебаний и зафиксированном положении стопоров доиолните.чьных инерционных масс; на -- то же, нри «отпущенном положении стопоров; на .7 - то же, нри несоединенном со стержнем средстве изменения частоты без дополнительных инерцион1Н1)1х масс; на фиг.8 - то же, при соединенном со стержнем средстЕ;е изменения частоты.

Учебный нрибор но физике содержит установленную на основании 1 тележку 2, тар- нирио установленную на ней лицевую панель 3 с двумя соединспны.ми пережигаемой нитью 4 .маятниками, каждый из которых состоит из установленной на лицевой нане- ли 3 опоры 5 вращения, закрепленного на ней коромыслового стержня 6 с закрепленной на его нижнем конце инерционной массой 7, и средства для изменения частоты колебаний. Прибор имеет также дополнительные инерционные массы 8 и установленные на верхних концах коромыеловых стержней 6 с возможностью свободного вращения фланцы 9 со стоиорами 10 для установки допо,:1нительных ипернионных масс 8. Средство для изменения частоты колебаний каждого маятника состоит из закрепленной на лицевой панели 3 соосно с опорой 5 вращения спиральной пружины 11 и съемного поводка 12 для соединения этой пружины 11 с коромысловым стержнем 6. Для фиксации коромыеловых стержней 6 в заданных начальных угловых ноложениях к их верхним концам прикреплены 13, которые связываются легкосгораемой нитьк; 4 перед демонстрацией. Имеются фрикционные элементы 14.

Учебный прибор работает следуюнглм образом.

При пережигании легкосгораемой нити 4 коромысловые стержни 6 вместе с инерционными массами 7 маятников и дополнительными инерционными массами 8 начинают соверщать относительно лицевой панели 3 встречные вращательно-колебательные движения. Тележка 2 начинает при этом соверщать колебательные движения по горизонтальной плоскости основания 1 вдоль

5

0

5

5

0

5

0

55

1 ;аправления продольной ее оси. Результатом демонстрации является установление путем наблюдений опытной зависимости линейных колебательных движений и нере.мещений тележки 2 от враша- тельно-колебательных движений коромыеловых стержней 6 при совместном и конструктивно разделенном действии на тележку 2 отдельных составлиюндих сил инерции инерционных .масс и силы тяжести. Демонстрации проводятся при разлкчньгх углах наклона панели 3 к продольной оси тележки 2 при действии упругого момента закручивания спиральной пружины И и при его отсутствии в зависимости от положения съемных штифтовых поводксг 12.

)1 сле,:. характергпле маи использовя ия прибора.

(leiiinjc дополнительные 1- нерционные массы 8 (ф Иг.З) устанавли.ваются на неподвижных фланцах 9, коромь слов1э1е стержни 6 соединены со спиральными п|1 жина.ми 1 .

Линейные движения закреплощюй на тележке чанели 3 вдоль горизонтальной оси X .чекартовой системы координат ХУ в этом с/:учае определяется соотношением величин инерционных масс 7 маятника и сме1;ных дополнительных инерционных масс 8, а также соотношением вепичин их .мо.мен- тов инерци (при равенстве расстояний осей симметрии обоих масс от осей качаний коромыеловых стержней Б .i,

Результато.м проведения о.пьгго.13 по данной схе.ме яв. яется установление зависимости движений тележки 2 от изменеь ия r. iaB- ных моментов инерции доиолнительных инерционных масс 8 при заданн1ях соотноп ениях ве.личин этих масс к величп.чам инерцион- libix масс 7, а также от 11зменения вели- чип сменных дополнительных инерционных масс 8 при постоянных :;а.танных соотношениях глав1 ых MOMeirroB инсрц;1и этих масс к г, момента. 1 Нерцион:-1ЫХ масс 7. Устойчивость колебаний коромыеловых стержней 6 в обеих сериях опытов обеспечивается при.мене1 ием дополни- тeлыпJГЧ инерци01 ;ных масс 8 по величине («весу) всегда меньн их инерционных .масс 7, угол наклона а панели 3 при этом всегда должен уста и. а вл и гнаться отличным от НУЛЯ.

Дополнительные инерционные массы 8 (фиг.4) устанавливаются на фланцах 9, которые имеют возможность свободного вращения при «отпуп1енных положениях стопорных винтов И); коромысловые 6 не соединены со сггиральными пружинами 11. Результато.м проведения опытов является установление опытной зависимости движения тележки 2 от величины допо. шительных инерционных масс 8.

Донолпительные инерционные массы 8 (фиг.З) устанавливаются на фланцы 9, которые с помощью стопоров 1G неподвижно закрен.чены на коромыеловых степжнях 6,

соединенных носредством съемных поводков 12 со спиральными нружинами 11. В данном случае спиральные пружины 11, являясь дополнительным источником потенциальной энергии колебаний коромысловых стержней 6, дают возможность проводить динамичес- кие исследования без использования силы тяжести и, в отличие от опытов но схеме на фиг.З, позволяют проводить опыты при равных величинах дополнительных инерционных масс 8 и инерционных масс 7 мант- НИКОВ. При равенстве величин этих масс производится устранение конструктивным способом влияния составляющих силы тяжести и центробежных сил инерции на наблюдаемое движение тележки 2.

Результатом проведения опытов по дан- ной схеме является изучение влияния соотношения главных моментов инерции дополнительных инерционных масс 8 и инерционных масс 7 маятников при равенстве этих масс по величине. При этом угол наклона панели 3 устанавливается равным тем же значениям, что и при проведении опытов при нулевых углах наклона панели 3, конструктивно обеспечиваемая спиральными пружинами 11, позволяет устранить влияние составляющих силы тяжести на движение тележки 2 при сохранении действия центробежных сил инерции, если устанавливаемые дополнительные инерционные массы 8 не равные инерционным массам 7 маятников.

Дополнительные инерционные массы 8 (фиг.6) устанавливаются на фланцы 9, имеющие возможность свободного вращения на коромысловых стержнях 6. Опыты, проводимые по этой схеме, дают возможность исследовать влияние на движение тележки 2 силы инерции ускоренного вращательного движения инерционных .масс 7 как при полной компенсации сил тяжести и центробежных сил инерции, так и при наличии их действия, совместном или раздельном. Эти режимы работы прибора обеспечиваются установкой инерционных масс 8 разной величины и заданием разных углов наклона панели 3, включая и нулевой угол.

Сменные дополнительные инерционные массы 8 (фиг.7) не устанавливаются на фланцы 9 коро.мысловых стержней 6, кото- рые не соединены со спиральными пружинами 11, но к коромысловым стержням 6 между их подвесом и инерционными массами 7 прикреплены фрикционные элементы

0

5 5

0

5

14 (полоски резины, кожи и т. п.). Опыты, проводимые по этой схеме, характеризуются суммарным воздействием на тележку составляющих центробежных сил инерции, сил инерции ускоренного вращательного движения инерционных масс 7 и силы тяжести.

По схеме на фиг.8, так же как и в предыдущей схеме (фиг.7), инерционные массы 8 не устанавливаются на фланцы 9 коромысловых стержней 6, которые соединены со спиральными пружинами 11 и на которых укреплены фрикционные элементы 14.

Соединение коромысловых стержней 6 со спиральными пружинами 11 позволяет обеспечить их колебания при горизонтальном расположении панели 3 и устранить тем самым действие составляющих силы тяжести на движение тележки 2.

Рассмотренные схемы (фиг.З-8) показывают, что предлагаемое техническое реще- ние обеспечивает расширение демонстрационных возможностей и значительно большую наглядность при проведении демонстраций, предоставляет дополнительные возможности детальных исследований отдельных составляющих силовых взаимодействий маятниковых инерционных масс, совершающих вра- щательно-колебательные движения, с подвижной тележкой.

Формула изобретения

Учебный прибор по физике, содержащий установленную на основании тележку, шар- нирно установленную на ней лицевую панель с двумя соединенными пережигаемой нитью маятниками, каждый из которых состоит из установленной на лицевой панели опоры вращения, закрепленного на ней коромыслового стержня с закрепленной на его нижнем конце инерционной массой, и средства для из.менения частоты колебаний, отличающийся тем. что, с целью расширения демон- стращюнных возможностей, он имеет дополнительные инерционные массы и установленные на верхних концах коромысловых стержней с возможностью свободного вращения фланцы со стопорами для установки дополнительных инерционных масс, а средство для изменения частоты колебаний каждого маятника состоит из закрепленной на лицевой панели соосно с опорой вращения спиральной пружины и съемного поводка для соединения этой пружины с коромысловым стержнем.

вид А

J

X

Фиг. г

Фиг.З

Изобретение относится к учебным приборам и позволяет расширить демонстрационные возможности в учебном приборе по физике. На основании 1 установлена тележка 2. Лицевая Т1анель 3 шарнирно установлена на тележке 2 и имеет два маятника, соединенные пережигаемой нитью. Каждый из маятников состоит из установленной на панели 3 опоры 5 вращения, закрепленного на ней коромыслового стержня 6 с закрепленной на его нижнем конце инерционной массой 7, и средства для изменения частоты колебаний. Прибор имеет дополнительные инерционные массы 8 и фланцы 9, установленные на верхних концах коромысловых стержней 6 с возможностью свободного вращения. Фланцы 9 имеют стопоры 10 для установки инерционных масс 8. Средство для изменения частоты колебаний каждого маятника состоит из закрепленной на панели 3 соосно с опорой 5 спиральной пружины 11 и съемного поводка 12 для соединения пружины 11 со стержнем 6. Для фиксации стержней 6 в заданных начальных угловых положениях к их верхним концам прикреплены щтыри-13, связываемые перед демонстрацией легкосгораемой нитью. 8 ил. с (Л ю ю со СО /////. Фиг.1

11

d

К

11

X

///

Фиг4

///

фиг. 5

S Ю

фиг. в

фиг. 7

Составитель Т. Григорян

Техред И. ВересКорректор А. Зимокосов

Тираж 455Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 8