Прибор для демонстрации гироскопического эффекта Советский патент 1988 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к учебно- наглядным пособиям по теоретической механике и может быть использовано для демонстрации гироскопического эф- факта и получения его количественной оценки.

Цель изобретения - повышение наглядности.

На чертеже показан предлагаемый прибор.

Прибор для демонстрации гироскопического эффекта содержит диэлектрическую стойку 15 в которую с возможностью вращения вставлен шток 2. Чтобы уменьшить трение при вращении Штока 2 которое ухудшает качество гироскопи-- ческого эффекта, шток 2 посажен в шариковые подшипники, впрессованные в стойку; один подшипник 3 в верхней части стойки, а другой - в нижней ее части у основания 4. Разнос подшипников по высоте стойки 1 уменьшает угловой люфт штока 2 при воздействии на него бокового усилия. На конце штока 2 закреплена вилка 5, в пазу которой с возможностью качания в плоскости, проходяш,ей через ось штока закреплен кожух 6 со штангой 7, скрепленной с кожухом. Внутри кожуха б расположен электродвигатель 8. Провода питания электродвигателя через отверстие внизу кожуха 6 и через внутренность полого штока 2 подведены к контактным кольцам 9 и далее с помощью пружинящих контактов 10 подключены к источнику 11 питания через выключатель 12, На штанге 7 с помощью винта 13 закреплен передвижной противовес 14;

На регулируемой по высоте подставке 15 закреп.пен электромагнит 16, конец сердечника 17 которого жестко скреплен внутри каркаса 18 катушки электромагнита с концом пружины 19, Другим концом пружина 19.упирается в упор 20 и скреплена с ним. Обмотка электромагнита 16 через реле 21 времени подключена к последовательно соединенным выключателю 22 и источнику 23 питания электромагнита, Рукоятки выключателей 12 и 22 механически спарены посредством перемычки 24, Сердечник электромагнита подпружинен и имеет линию хода, совпадающую ,с горизонтальным положением штанги. Прибор имеет также средство для механического сцепления торца свободного конца штанги с торцом сердечника.

с

Q

50 50

0

5 г

5

0

Механический контакт торца штанги 7 и торца сердечника 17 электромагнита обеспечивается в одном варианте силой прутЕИНы 19, а в другом варианте при недеформированной пружине 19 - пазовым соединением, например кону- сом, являющимся торцом сердечника 17.. заходящим в коническое углубление, являющееся торцом штанги 7.

Первый вариант торцового соединения конструктивной более прост но требует более мощньш электромагнит, так как при включении электромагнита 16 потребуется преодолевать силу уже частично сжатой пружины 19. Второй вариант торцового соединения сложнее, но может быть использован существенно более слабый электромагнит 16, так как пружина 19 недеформирована (не сжата) и преодолеть сопротивление ее упругости при в тягивании сердечника в каркас 18 катушки электромагнита 16 значительно легче, удержание же штанги 7 сердечником 17 обесточенного электромагнита 16 осуществляется не за счет упругости пружины 19, а за счет захождения выпуклого фигурного торца сердечника в вогнутый фигурный торец штанги.

Прибор для демонстрации гироскопи-, ческого эффекта работает следующим образом. ,

Чтобы продемонстрировать прецессию оси гироскопа под действием момента силы тяжести противовес 14 перемещают, например, вправо по штанге 7 и закрепляют винтом 13. Затем сердечник 17 обесточенного электромагнита 16 принудительно задвигают внутрь каркаса 18, преодолевая, сопротивление упругости пружины 19. Штанга 7 с противовесом 14 наклоняется при этом вниз, чем и демонстрируется влияние момента силы тяжести гироскопа при выключенном электродвигателе 8, т.е. при отсутствии вращения диска (ротора электродвигателя) гироскопа. Затем штангу 7 возвраи1ают в исходное горизонтальное положение; удерживать сердечник 17 в каркасе 18 катушки электромагнита прекращают, и сердечник 17 своим торцом, выдвинувшись из каркаса 18 под действием пружины 19, вступает .в механический контакт с торцом штанги 7, фиксируя ее положение.

Затем приступают непосредственно к демонстрации прецессии оси неурав

новешённого г;фоскопа под действием момента силы тяжести. Включают цепь питания электродвигателя, но так как ручка включения механически связана перемычкой 24 с ручкой выключателя 22 то замкнутой оказывается и цепь питания электромагнита от источника 23. Поскольку электропитание на обмотку электромагнита поступает через реле 21 времени, то электромагнит 16 включается только после полного разгона электродвигателя 8, когда скорость вращения его становится равномерной.

Время разгона электродвигателей порядка 2-5 мин, поэтому необходимо использовать реле времени с соответствующей временной задержкой коммутации.

Б результате срабатывания электро- магнита 16 сердечник 17 втягивается В-каркас 18 катушки электромагнита, преодолевая сопротивление пружины 19 Штанга 7 освобождается при этом от удерживающей ее силы и начинает равномерно вращаться в горизонтальной плоскости относительно стойки 1. Направление вращения штанги 7 зависит от направления вращения ротора электродвигателя В и определяется по известному правилу определения направления прецессии.

Наглядность обеспечивается тем, что в приборе четко усматривается на

5

Q

5

0

Обучающийся видит, что сердечник, удерживающий штангу, отводится четко по линии оси гироскопа, и значит, прецессия оси неуравновешенного гироскопа в горизонтальной плоскости связана не с боковым усилием, прикладываемым к оси гироскопа, а связана с действием момента силы тяжести гироскопа при вращении его диска (ротора электродвигателя). При использовании предлагаемого прибора обучающиеся четко видят, что движение конца оси гироскопа происходит не в направлении силы тяжести гироскопа, а в направлении момента силы тяжести, т.е. демонстрация гироскопического с помощью предлагаемого прибора достаточно наглядна.

Кроме того, использование данного прибора для количественных исследований свойств гироскопа эффективно, так как ввиду автоматической выдержки одинакового времени разгона электродвигателя, осуществляемого с помощью реле времени при повторении опытов и одинаковости действия снятия удерживающей штангу силы с помощью электромагнита обеспечена высокая стабильность повторяемости опытов.

Формула изобретения Прибор для демонстрации гироскопя

правление удерживающей ось гироскопа , ческого эффекта, содержащий установ(штангу) силы до разгона гироскопа (ротора электродвигателя), и также четко усматривается направление снятия этой удерживающей силы. Причем, поскольку направление действия этой силы лежит на оси гироскопа (линия хода сердечника совпадает с линией штанги, т.е. с осью гироскопа), не возникает никаких неверных представлений о направлении прецессии оси гироскопа под действием какой-либо боковой силы, например в результате подталкивания рукой демонстрирующего опыт.

40

45

ленный в стоике с возможностью враще ния шток с вилкой, в которой закреплен кожух, электродвигатель, установленный в кожухе, и консольно связанную с кожухом штангу с противовесом, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения наглядности, он имеет установленный на дополнительной стойке электромагнит, сердечник которого подпружинен и имеет линию хо да, совпадающую с горизонтальным положением штанги, и средство для механического сцепления торца свободного конца штанги с торцом сердечника.

Редактор В.Петраш

Составитель Р.Ужвий

Техред Л.Олийиык Корректор М.Васильева

Заказ 5448/45

Тираж 459

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ческого эффекта, содержащий установ

ленный в стоике с возможностью вращения шток с вилкой, в которой закреплен кожух, электродвигатель, установленный в кожухе, и консольно связанную с кожухом штангу с противовесом, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения наглядности, он имеет установленный на дополнительной стойке электромагнит, сердечник которого подпружинен и имеет линию хода, совпадающую с горизонтальным положением штанги, и средство для механического сцепления торца свободного конца штанги с торцом сердечника.

Подписное