Учебный прибор для демонстрации движения твердого тела Советский патент 1990 года по МПК G09B23/08 

Изобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть использовано в ряде лекционных наглядных экспериментов, таких, например, как движение симметричного и асимметричного тела, |траектория движения центра масс, движение тела, брошенного под углом к горизонту и т.д.

Цель изобретения - расширение наглядности и повышение надежности прибора, а также повышение удобства его использования.

На фиг.1 приведена графическая схема прибора вместе с его электрической схемой; на фиг,2 - разрез А-А на фиг,1 ; на фиг.З - траектории движений прибора.

Учебный прибор для демонстрации движения твердого тела содержит цилиндрический стержень 1, осветительное окошко 2,большего диаметра, чем стержень, и имеющее продольные прорези для света, как показано на фиг,2 резьбовые соединения 3 с противоположных сторон для удобства обслуживания, световой элемент 4 в виде электролампочки, источник 5 питания в виде двух элементов по 1,5 В, включатель 6 лампочки, служащий для включения лампочки в момент демонстрации, дополнительные блоки 7 и 8, выполненные одинаковыми иди разными по размеру, различными по весу, например, из меди и алюминия (фиг.З), и взаимозаменяемые посредством резьбового соединения 9, Прибор сбалансирован так,что при одном из размещений блоков 7 и 8 осветительный элемент 4 находится в центре масс, Прибор имеет также одинаковые по размеру резиновые предохранительные кольца 10, диаметр которых больше диаметра осветительного окошка 2, одинаковые по разме-

СП

4Ь

00 00

оо

ру торцовые предохранительные резиновые кольца 11, равные диаметру ко лец 10 л служащие для более точной балансировки и нахождения чентра масс тела и предохраняющие прибор от механических повреждений.

На фиг.З показаны траектории движения центра масс тела при его бросании на какие-то расстояния S, где а - движение по параболе, когда центр масс совмещен со световым элементом; б - движение по параболе с кувырканием, когда центр масс не совпадает со световым элементом, Све товой элемент является средством для индикации траектории движения точек тела, расположенной в центре масс и смещенной от него.

Прибор для демонстрации движения твердого тела работает следующим образ ом в

Известно,, что .тело, брошенное под углом к гризонту, движется по параболе, т„ев центр масс тела совершает свое движение по траектории, представляющей собой параболу в системе координат, связанной с наблюдателем и брошенным телом. Однако не всегда геометрический центр тела совпадает с его центром масс, поэтому в зависимости от их взаимного расположения можно наблюдать разные движения, т0еа траектории Например, если цент

масс смещен относительно своего геометрического центра, тело с заданным распределением масс в виде стержня, брошенное под углом к горизонту, кроме своего движения центра масс по параболе, еще совершает и вращательное движение относительно центра масс, т,е„ геометрический центр тела совершает вращение относительно точки центра масс (фигеЗб), Следовательно, при наблюдении выделенных траекторий движений тела можно достаточно легко интерпретировать понятие центра масс, а также дать полное представление о его движении

Для демонстрации этого факта при- бор используется следующим образом

Первоначально цилиндрический стержень 1 балансирует так, что центр масс совпадает со световым элемен- томв Для этого включают световой элемент 4, устанавливая осветительное окошко 2 своим центром на призму или другой аналогичный предмет так, чтобы световой элемент был строго в

g 5

0

5 о

5

0 5

Q

5

центре грани призмы, и затем уравновешивают плечи стержня путем сдвига резиновых колец 10 таким образом, чтобы стержень занял горизонтальное положение по своему центральному вывешенному положению. Достаточно провести балансировку и в дальнейшем такой необходимости нет, так как резиновые кольца за счет своего трения плотной посадки на стержне не сбивают своего положения длительное время Затем производят бросание тела на удобную высоту и расстояние и по свечению лампочки наблюдают траекторию движения центра масс тела которая представляет собой параболу (), При этом бросание производят таким образом, чтобы плоскость движения лежала перпендикулярно к аудитории.

Затем дополнительные блоки 7 и 8, выполненные из разного материала, например латуни и алюминия, взаимоэа- меняются своими местами, в результате чего центр масс тела существенно смещается относительно осветительного элемента 4 (геометрического цент™ ра), показывая это на призме тем, что стержень занял не горизонтальное положение, а существенно накренился, и осветительный элемент сместился относительно центра масс в сторону более тяжелой по своему валу части, а именно в сторону латунного блока, Производят бросание и по траектории осветительного элемента наблюдают траектории движения тела в виде трахоиды (фиг,, 36) .

При использовании двух светодио- дов разного цвета по цветовому следу легко демонстрировать движение тела, брошенного под углом к горизонту; что расширяет демонстрационные возможности предлагаемого прибора

Формула изобретения

1. Учебный прибор для демонстрации движения твердого тела, содержащий подвижное тело и средство для индикации траектории движения точки, расположенной в центре масс и точки, смещенной от центра масс, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности, он имеет грузы для изменения положения центра масс, устанавливаемые на подвижное тело, при этом последнее выполнено в виде по- .

11

10

Фиг.1

Изобретение относится к учебным приборам по физике, а именно к приборам для демонстрации движения центра масс. Целью изобретения является повышение наглядности и надежности. Учебный прибор для демонстрации движения твердого тела, представляет собой удлиненное тело для бросания с полостью, где в окнах установлены один или два цветных световых элемента, причем один расположен в центре масс тела, а другой смещен от центра масс. В целях надежности снаружи прибора установлены резиновые амортизирующие кольца. При движении брошенного под углом тела световой индикатор высвечивает траекторию его полета. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фиг. г

Фиг.З