Прибор для демонстрации устойчивости равновесия и положения центра тяжести жесткой системы тел Советский патент 1990 года по МПК G09B23/08 

1

(21)4480777/3.1-12 .

(22)12.09.88

(46) 15.08.90. Бюл.

(71)Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией

(72)Л.Б.Розенберг, Л.А.Безпалько и М.Ю.Шпак

(53)371.66/67(088.8)

(

(56)Гирке Р., Ипрокхоф Г. Эксперимент по курсу.элементарной физики. 4.1. Механика .твердого тела. М.: Гос, уч.-пед.издат, 1959, с. 91.

(54)ПРИБОР ДГО ДЕМОНСТРАЦИИ УСТОЙЧИВОСТИ РАВНОВЕСИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ЖЕСТКОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛ

(57)Изобретение относится к техническим средствам обучения, является наглядным пособием по механике, предназначено для демонстрации устойчивости равновесия и положения центра

тяжести системы тел и может быть ис- пользовано в учебном процессе с целью улучшения наглядности и расширения демонстрационных возможностей прибора путем иллюстрации различных i форм равновесия жесткой системы и положения при этом центра тяжести. ; :. Тела В виде дисков установлены на пряг молинейных планках, соединенных по концам с ВОЗМОЖНОСТЬЮ поворота и об- «разующюс ломаную,форму которой можно изменять. Опорная площадка основания имеет выпуклую, вогнутую или плескало части, с которыми контактирует система тел при помощи ролика. /Прибор имеет средство для демонстрации положения центра тяжести, состоящее из делителей в виде стержней, растяжимых В продольном и жестких В поперечном направлениях, концы которых шарнирно соединены с осями тел- дисков или с серединами других стерж- ней. 1 шт.

Изобретение относится к техническим средствам обучения, является наглядным пособием по механике, предназначено для демонстрации устойчивости равновесия и положения центра тяжести системы тел и может быть использовано в учебном в учебном процессе с целью улучшения наглядности и расширения демонстрационных возможностей прибора путем иллюстрации различных форм равновесия жесткой системы и положения при этом центра тяжести. Тела в виде дисков установлены на прямолинейных планках, соединенных по концам с возможностью поворота и образующих ломаную, форму которой можно изменять. Опорная площадка основания имеет выпуклую, вогнутую и плоскую части, с которыми контактирует система тел при помощи ролика. Прибор имеет средство для демонстрации положения центра тяжести, состоящее из делителей в виде стержней, растяжимых в продольном и жестких в поперечном направлениях, концы которых шарнирно соединены с осями тел-дисков или с серединами других стержней. 1 ил.

Изобретение относится к техничес- ким средствам обучения и является наглядным пособием по механике, предназначено -Для демонстрации устойчивости равновесия и положения центра тяжести жесткой системы тел, может быть использовано в учебном процессе на лекциях и практических занятиях по механике и теории механизмов и машин.

Цель изобретения - улучшение наглядности, демонстрации различных форм равновесия и положения центра тяжести,

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

К основанию 1 прибора, снабженному установочными винтами, прикреш1:е- на Г-образиая стойка 2 с опорной л:ло щадкой на верхнем конце, цилиндрическая поверхность с горизонтальной образующей которой имеет выпуклую, вогнутую и плоскую части. На площадке устанавливается плоская система тел видоизменяемой формы, состоящая из нескольких (в данном случае для простоты - из четырех) скрепленных; между собой планок 3-6 и оснащенная средством для указания положения цен тра тяжести. Для простоты и удобства (возможны варианты) планки однородны равного веса и длины. На опорном конце планки 3 установлен опорный ролик 7, Посередине ;каждой планки укреп- лена шпилька 8 для навешивания тела в виде диска 9 и присоединения средства для указания положения центра тяжести, состоящего из делителей 10-12 и указателя 13 положения цент- ра тяжести системы тел. Одинаковые между собой делители 10 и 11 своими концами шарнирно присоединены к шпилкам 8 планок 3 и 4, 5 и 6 соответственно. Делитель 12 своими концами присоединен к узлам, расположенным: посередине делителей 10 и 11, К ,узлу по середине делителя 12 прикреплен указатель 13 положения центра тяжести тела. Делители имеют свойства деформируемости в продольном и жесткости в поперечном направлениях. Эти .свойства достигаются тем, что делители составлены из попарно соединенных между собой шарнирно по концам или посередине звеньев одинаковой длины (крайние звенья имеют длину в два раза меньшую и соединены только по 1 ондам) с нечетным числом шарниро

in

|с

20 25 О 5 0 5

0

5

(узлов). Средний узел каждого делителя делит расстояние между его край- 11ими узлами пополам.- Болты 14 снабжены шайбами 15 в виде разрезных упругих колец и прижимт.1ми фасонными гайками-барашками 16 и обеспечивают после завинчивания взаимно неподв11ж- ность планок. Тела 9 одинакового между собой веса, навинчиваемые на шпильки 8, изменяют вес системы. Положение центра тяжести системы при этом остается неизменным. Наличие продольных пазов 17 на концах планок 3-6, а также скрепление планок между собой при помощи болтов с затяжными гайками- барашками с возможностью поворота планок одна относительно другой позволяет В1щоизменять форму системы тел и обеспечивает неизменяемость преданной ей формы.

Подготовка прибора к работе сводится к сборке планок с телами, образующих систему, присоединении к ней средства, указывающего положение центра тяжести, и установке системы тел роликом на опорную площадку.

Действие прибора, иллюстрирующего виды равновесия системы тел (устойчивый, цеустойчивьш и безразличный) , осуществляется следующим обра-.. . зом.

При демонстрации устойчивого равновесия систему тел устанавливают в вертикальной плоскости опорным роликом 7 на вогнутую часть поверхности опорной площадки стойки 2 таким образом, чтобы ось ролика была параллельной образующей поверхности, а указатель 13 положения центра тяжести находился ниже опорной площадки стойки 2, и приводят систему в состояние равновесия. Придав системе тел малое начальное отклонение от равновесного положения и толчком сообщив точкам системы малые начальные скорости, представляют систему действию силы тяжести. Она совершает колебания в ограниченной области, близкой положению равновесия. Следовательно, равновесие устойчивое, так как в равновесном положении центр тяжести занимает наинизшее из возможньгх смежных положений - на вертикали, опущенной из точки опоры системы.

При дем.онстрации неустойчивого равновесия систему тел устанавливают опорным роликом 7 на вершине выпуклой части поверхности опорной штощадкк и приводят в состояние равновесия что всегда возможно. Придав точкам системы малые отклонения от положени равновесия и сообщив и мал1.ге начальные скорости, наблюдают дальнейшее отклонение системы от положения равнвесия (скатывание ролика с вершины и опускание центра тяжести). Следовательно, равновесие неустойчивое, так как в положении равновесия центр тяжести не занимает наинизшего из возможных смежных положения.

Демонстрация безразличного равновесия осуществляется установкой сие- темы тел опорным роликом 7 на плоскую горизонтальную часть опорной поверхности стойки 2. Система остается в равновесии в любом положении ролика на этой части поверхности. При- соединяя к системе навинчиванием на шпильки 8 четырех дополнительных одинакового веса дисков 9, изменяют конструкцию и вес системы, не изме-- няя при этом положения центра тяжести Повторяя демонстрацию различных видов равновесия, убеждаемся в независимости характера равновесия тела от веса и вида конструкции при сохранении положения центра тяжести.

Таким образом, при помощи предлагаемого прибора возможно наглядно демонстрировать устойчивое, неустойчивое и безразличное равновесие тяжелой системы тел.

ормула

и

6

3 о б р

е т е и и я

Прибор для демонстрации устойчивости равновесия и положения центра тяжести жесткой системы тел, содержащий основание с опорной площадкой, тела и средство для связи тел в жесткую систему, отличающийся тем, что, с целью улучшения наглядности, демонстрации различных форм равновесия и положения центра тяжести, фн содержит опорный ролик и средство для демонстрации положения,центра тяжести, опорная площадка имеет выпуклую, вогнутую и плоскую части, средство для связи тел в жескую систему выполнено в виде прямолинейных пла- нок, со.единенных по концам с возможностью относительного поворота и образующих ломаную, тела выполнены в виде дисков, связанных разъемным соединением по осям с серединами планок опорный ролик соединен с одной из планок, а средство для демонстрации положения центра тяжести включает делители в виде стержней, растяжимых в продольном и жестких в поперечном направлениях, концы которых выполнены с возможностью разъемного шарнирного соединения с осями дисков и между собой, при этом один из стержней содержит указатель положения центра тяжести.