Учебный прибор по механике Советский патент 1991 года по МПК G09B23/06 

f

Ё

Изобретение можно использовать при изучении ряда вопросов во всех разделах курса теоретической механики. Целью изобретения является расширение диапазона решаемых задач путем создания прибора, позволяющего проверять условие равенства моментов неравных сил, сопоставлять пути и скорости тела системы, проверять условие смены характера движения механической системы с двумя степенями свободы. Прибор снабжен линейными и круговым визирами, ступенчатым шкивом с тягами и грузами, заключенными в подвижный корпус, имеющий стопор шкива и фиксаторы корпуса. Между крышкой и корпусом выполнена щель, сквозь которую проходят связанные со шкивом и грузами тяги, а основание имеет направляющие блоки для тяг. 2 ил.

Изобретение относится к учебным приборам по механике и предназначено для демонстрации законов движения или условий равновесия механической системы с одной или двумя степенями свободы.

Цель изобретения - расширение решаемых задач.

На фиг. 1 изображен учебный прибор, общий вид; на фиг. 2 - корпус без крышки со ступенчатым шкивом, вид сверху.

Стопор показан в положении Выключено, т.е. когда выступы на шкиве не входят в зацепление со стопором и шкив может вращаться.

Прибор состоит из неподвижного основания 1, на котором установлен подвижный корпус 2 с крышкой 3, с вмонтированными в него ступенчатым шкивом 4, имеющим ось 5 вращения, в корпусе установлен стопор 6 шкива 4. На ступенях шкива 4 намотаны тяги

7, выходящие через щель между крышкой и корпусом, перекинутые через неподвижные блоки 8 и имеющие на концах грузы 9 и 10.

Основание имеет вертикальные 11 и горизонтальный 12, а дно корпуса имеет круговой 13 визиры. Основание имеет также отверстия 14 для фиксации корпуса путем вставки в них фиксаторов 15.

Прибор позволяет демонстрировать равенство моментов неравных сил при покое двухступенчатого шкива 4 для различных грузов 9 и 10 при различных их положениях (тягу можно протянуть сквозь щель), т.е. приТэ Р Тю г, где Tg и Тю-натяжение тяг слева и справа от шкива 4 с подвешенными к ним грузами 9 и 10, a R и г-большой и малый радиусы шкива 4 соответственно. Для демонстрации этого устанавливают фиксаторы 15, включают стопор 6 и подве- шиваюттакие грузы 9 и 10, чтобы отношение

ON 4

О VI

со

4

их сил тяжести было обратно пропорционально отношению соответствующих радиусов (Рэ/Рю r/R).

При этом предлагаемый прибор позволяет внести в учебный процесс элементы проблемного обучения и вырабатывать у обучаемых навыки анализа и объяснения наблюдаемых явлений. Так, напомнив студентам аксиому о равенстве сил действия и противодействия, удается поставить их перед проблемой: почему при натяжении свободной тяги, находящейся в покое, на ее концах возникают одинаковые по величине силы, но при прохождении сквозь закрытый волшебный ящик (корпус 2) на концах получаются усилия разные, хотя обучаемые тоже наблюдают состояние покоя. Зная общие условия равновесия системы сил, студент самостоятельно рассуждает и догадывается о том, что хотя тягу и можно протянуть сквозь корпус 2, все-таки она проходит сквозь этот волшебный ящик несвободно и тяга, по-видимому, крепится внутри прибора к какому-то телу так, чтобы относительно некоторой точки (или оси) сумма моментов сил была равной нулю и это тело оставалось в покое. Когда педагог снимает крышку 3, то студенты убеждаются в верности своего анализа: такое тело (шкив 4) действительно есть и действительно отношение неравных сил натяжений на концах тяги обратно пропорционально плечам сил (радиусом), а тяга, хотя и проходит сквозь корпус 2, на самом деле состоит из двух отдельных кусков, намотанных на разные ступени двухступенчатого шкива 4.

Предлагаемый прибор позволяет сопоставить скорости (пути) движения (раздел Кинематика) отдельных тел механической системы. Для этого выполняют указанное в предыдущем пункте, без выполнения равенства отношений, т.е. при Pg/Pio & г /R.

Предлагаемый прибор, при включенном стопоре 6 и убранных фиксаторах 15, позволяет продемонстрировать наличие второй степени свободы движения (скольжения подвижного корпуса 2 по основанию 1), исключив при этом движение, соответствующее первой степени свободы (вращение двусту- пенчатого шкива вокруг своей оси 5).

Кроме того, предлагаемый прибор позволяет проверить получаемое теоретическим путем условие Тд - Тю Ртр (где FTp- сила трения между корпусом 2 и основанием 1) , когда предлагаемое устройство двигается как система с двумя степенями свободы (для изучения подобных движений применяются уравнениями Лагранжа П рода).

Горизонтальный визир 12 указывает на положение корпуса 2 относительно основания 1, вертикальные визиры-на положение

грузов 9 и 10, а по круговому визиру отсчитывается угол поворота относительно оси 5 двуступенчатого шкива 4.

25

Формула изобретения

Учебный прибор по механике, содержащий установленный на основании с возмож- ностью поступательного перемещения корпус и расположенное в корпусе вращающееся тело, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач, он имеет связанную с корпусом с образованием щели крышку и установленный в корпусе стопор, взаимодействующий

с телом вращения, при этом последнее выполнено в виде ступенчатого шкива с намотанными1 на него одним концом гибкими тягами, несущими на свободных концах грузы, и выведенными на наружную поверхность корпуса сквозь щели, при этом основание имеет блоки для гибких тяг и фиксаторы для стопорения корпуса.

s:

С

/S/f/S/S/S/A Y////////777/

-.wr.-.-гг ...У...--. ...

Т

--11

ft

/

/.

JL

15

Т

-n

/

tfcpu. 1