Изобретение относится к учебным пособиям по физике и теоретической механике и может быть использовано для демонстрации вынужденных механи- ческих колебаний в некотором диапазоне частот, явления резонанса, зависи-- мос ти резонансной частоты от массы лебательной системы, зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы, а также для демонстрации сдвига фаз между часто- -той колебаний вынуждающей силы и вынужденных колебаний механической системы и его зависимости от частоты вынуждающей силы
Известен учебный прибор по физике, содержащий корпус с закрепленным на нем колебательным элементом, выполненным в виде упругой пластины, возбудитель колебаний, выполненный в виде электромагнита, подключенного к генератору переменного тока, установленные вдоль оси пластины направляющие и размещенную в них каретку с установленным на ней корректором магнитного поля. При этом корректор магнитного поля выполнен .в виде рамки из ферромагнитного материала с постоянными магнитами, размещенными внутри нее один напротив другого, причем электромагнит установлен на каретке вдоль оси пластины, а рамка - перпендикулярно к ней.
Данный учебный прибор позволяет , производить снятие количественных характеристик явления механического
to
о
со
резонанса плоских пружин, но не позволяет наглядно демонстрировать большой группе слушателей сдвиг фаз между частотой колебаний вынуждающей силы и частотой вынужденных колебаний о
Цель - повышение демонстрационного эффекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний,, ,
Данная цель достигается тем, что учебный прибор по физике, содержащий блок питания, корпус с закрепленным на нем колебательным элементом, выполненным в виде упругой пластины, установленный с возможностью взаимодействия с упругой пластиной возбудитель механических колебаний, электрически связанный с узлом управления, содержит вертикально установленную панель- с графически выполненными на ней шкалой амплитуды колебаний и резонансной кривой, установленные, на ней светоиндикаторы, герконы и постоянные магниты, многопозиционный переключатель„ При этом возбудитель механических колебаний выполнен в виде закрепленного на упругой пластине электродвигателя, на валу которого эксцентрично закреплен груз, движки многопозиционного переключателя и потенциометра механически соединены между собой и электрически подключены к разнополярным клеммам источника питания. При этом первый постоянный магнит установлен :на грузе электродвигателя с возможностью взаимодействия с первым замыкающим герконом, размещенным на корпусе электродвигателя, второй магнит размещен на пластине с возможностью взаимодействия
с первым размыкающим и вторыми замыкающими герконами-, причем первый вывод первого замыкающего геркона связан с первой клеммой источника питания, а через последовательно соединённые реле, первый размыкающий геркон и первый светоиндикатор его второй вьюод соединен с второй клеммой источника, один из выводов каждого второго замыкающего геркона соединен с соответствующей клеммой многопозиционного переключателя, а через . соответствующие светоиндикаторы - с второй клеммой источника питания, к которой через потенциометр подключена одна из клемм электродвигателя, вторая клемма которого подсоединена к первой клемме источника питания,
5
0
5
0
5
0
5
0
5
а первый замыкающий геркон зашунтиро- ван замыкающей контактной группой реле о
На фиг о 1 изображен прибор, общий вид; на фиг„ 2 - то же, принципиальная электрическая схема
Учебный прибор по физике содержит блок 1 питания, корпус 2, с закрепленным на нем колебательным элементом, выполненным в виде упругой пластины 3, установленный с возможностью взаимодействия с упругой пластиной возбудитель механических колебаний, выполненный в виде закрепленного на упругой пластине электродвигателя 4, электрически связанного с узлом управления, на валу 5 которого экцент- рично закреплен груз 6, вертикальную панель 7, с графически выполненными на ней шкалой 8 амплитуды колебаний и резонансной кривой 9, установленные на ней светоиндикаторы 10 и 11, герконы 12-14 и постоянные магниты 15 и 16, многопозиционный переключа- .тёль 17, потенциометр 18 и реле 19, при этом светоиндикатор 10 связан со схемой управления при помощи скользящих контактов 20„
Движки многопозиционнрго переключателя 1.7 и потенциометра 18 механически соединены между собой и электрически подключены к разнополярным клеммам источника питания Первый постоянный магнит 15 установлен на грузе 6 электродвигателя с возможностью взаимодействия с первым замыкающим герконом 12, размещенным на корпусе электродвигателяо Второй магнит 16 размещен на пластине 3 с возможностью взаимодействия с первым размыкающим 13 и вторыми замыкающими 14 герконамио Первый вывод первого замыкающего геркона 12 связан с первой клеммой источника питания, а через последовательно соединенные реле 19, первый размыкающий геркон 13, первый светоиндикатор 10 и скользя- .щие Контакты 20 его второй вывод соединен с второй клеммой источника 1„ Один из выводов каждого второго замыкающего геркона 14 соединен с соответствующей клеммой многопози- ционного переключателя 17, а через соответствующие светоиндикаторы 11 .- с второй клеммой источника питания, к которой через потенциометр подключена одна из клемм электродвига- | теля 4, вторая клемма которого под-
соединена к первой клемме источника питания, а первый замыкающий, гер- кон 12 зашунтирован замыкающей контактной группой реле
Учебный прибор по физике работает следующим образом
В исходном положении рукоятка многопозиционного переключателя 17 узла управления прибора должна быть установлена в нулевое положение „ включается выключатель В1 подачи питания и рукоятка многопозиционного переключателя 17 устанавливается в положение I, что приводит также к перемещению движка потенциомет- ра 18, уменьшению его сопротивления и увеличению тока в цепи электродвигателя 4 о Вал 5 двигателя 4 начинает вращаться и одновременно начинает вращение груз 6„ При вращении груза 6 им развивается центробежная сила, которая представляет для упругой платины 3 вынуждающую силу. Под действием этой силы упругая пластина 3 на- чинает вынужденные колебания, что наблюдается визуально по шкале 8 ам- плитуды колебаний и миганию первой пары светоиндикаторов 11, установленных на выходящей ветви резонансной кривой 9 и на ее оси частот, которые мигают в результате взаимодействия второго постоянного магнита 16, установленного на пластине 3, с одним из герконов 14 соответственно положению подвижного контакта переключателя 17,
При установке рукоятки переключателя 17 в положение II первая пара светоиндикаторов 11 прекращает мигание, уменьшается величина сопротивления потенциометра 18, число оборотов двигателя 4 увеличивается0 Одновременно увеличивается частота вынуждающей силы, д в. результате увеличивается амплитуда колебаний упругой пластины 3 и начинает-мигать вторая пара светоиндикаторов 11
При установке рукоятки многопозиционного переключателя 17 в положение III частота вынуждающей силы приближается к собственной частоте колебательной системы. Обучаемые наблюдают более интенсивный рост амплитуды вынужденных колебаний упругой пластины 3, которая достигает максимума, т,е наступает резонанс, который фиксируется миганием светоиндика- тора 11. расположенного на вершине
резонансной кривой 9. По море дальнейшего увеличения частоты путем поворота рукоятки переключателя 17 амплитуда колебаний упругой пластины 3 уменьшается, что наблюдается визуально по шкале 8 амплитуды колебаний и миганию световых элементов 11 на нисходящей ветви резонансной кривой 9
и ее оси частот
Одновременно с началом вращения вала 5 .двигателя 4 начинает автоматически работать измеритель сдвига фаз между частотой колебаний вынуждающей силы и частотой вынужденных
колебаний системы, включающий элементы преобразования положения подвиж- ного груза 6 двигателя относительно положения упругой пластины 3 в нулевом делении шкалы в амплитуды колеба Нину.. - - .. .....
Так, при вращении подвижного груза 6 первый постоянный магнит 15 совершает круговое движение и периодичес- ки взаимодействует с первым замыкающим герконом 12, установленным на корпусе двигателя 4 в верхней части его торца, и замыкает его контакты,
Последний срабатывает, подключая к источнику 1 питания цепь, состоящую
из электромагнитного реле 19, первого размыкающего геркона 13 и светоинди- Kafopa 10„ При этом светоиндикатор 10 начинает светиться, а замыкающие контакты реле 19 шунтируют контакты геркона 12, переводя реле 19 на самоблокировку, Светоиндикатор 10 будет светиться до тех пор, пока второй постоянный магнит 16 упругой пластины 3
не совместится с первым размыкающим герконом 13 вертикальной панели 7, При этом контакты геркона 13 размыкаются, цель обесточивается, светоиндикатор 10 гаснет, В результате этого
обучаемые наблюдают светящуюся дугу, длина которой определяет величину сдвига фаз между частотой колебаний вынуждающей силы и частотой вынужденных колебаний Поскольку этот процесс повторяется периодически, то обучаемые видят устойчивую светящуюся дугу. По мере роста частоты длина дуги растет, достигая значения 1Г/2 при резонансе и близкой величины к %
при максимальной частоте вынуждающей силы,
Демонстрация зависимости резонансной частоты от массы колебательного элемента и его упругости осуществляется путем установки сменного груза 6 на свободный конец упругой пластины 3 и подбора рукоятки многопозиционного переключателя 17 новой резонансной частоты .или путем перестановки по высоте электродвигателя 4 на упругой пластине 3, а также нахождения новой резонансной частоты.
Предлагаемая конетрукция прибора позволяет наглядно продемонстриро- вать большой группе слушателей важные явления вынужденных механических колебаний,,
Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я
Учебный прибор по физике, содержащий блок питания, корпус с закрепленным на нем колебательным элементом, выполненным в виде упругой пластины, установленный с возможностью вэаимо- действия с упругой пластиной возбудитель механических колебаний, электрически связанный с узлом управления, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения демонстрационного эффекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний, он содержит вертикально установленную панель с графически выполненными на ней шкалой амплитуды колебаний и резонансной кривой, установленные иа ней светоин- дикаторы, герконы и постоянные магниты, многопозиционный переключатель, потенциометр и реле, при этом возбу
5
5
0 у 30
35
дитель механических колебаний выполнен в. виде закрепленного на упругой пластине электродвигателя, на валу которого эксцентрично закреплен груз, движки многопозиционного переключателя и потенциометры механически соединены между собой и электрически подключены к разнополярным клеммам источника питания, причем первый постоянный магнит установлен на грузе электродвигателя с возможностью взаимодействия с первым замыкающим гер- коном, размещенным на корпусе электродвигателя, второй магнит размещен на пластине с возможностью взаимодействия с первым размыкающим и вторыми замыкающими герконами, причем первый вывод первого теркона связан с первой клеммой источника питания, а через последовательно соединенные реле, первый размыкающий геркон и первый светоиндикатор соединен с второй клеммой источника, один из выводов каждого второго замыкающего-геркона соединен с соответствующей клеммой многопозиционного- переключателя, а через соответствующие светоиндйкаторы с второй клеммой источника питания, к которой через потенциометр подключена одна из клемм электродвигателя, вторая клемма которого подсоединена к первой клемме источника питания, а первый замыкающий геркон зашунти- рован замыкающей контактной группой
реле„
,8
Т
4 V
Изобретение относится к учебным пособиям по физике и теоретической механике. Цель изобретения -повышение демонстрационного эффекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний. Учебный прибор по физике содержит основание, пат нель, упругую пластину, электродвигатель, который закреплен на пластине, подвижный груз, эксцентрично закрепленный на валу двигателя, шкалу амплитуд, изображение резонансной .кривой с осью частот, на которых установлены световые элементы, соединенные через многопозиционный переключатель с гёрконом, установленными под шкалой амплитуд. Первый постоянный магнит укреплен на грузе, второй постоянный магнит установлен на упругой пластине, световой элемент укреплен на грузе и соединен с источником питания через контакты скольжения. Геркон с замыкающими контактами установлен на торце двигателя, замыкающие контакты реле включены параллельно геркону, 2 ил о (Я
Г .jS
b -«MSv 7«
;12 20
11
фиг.г
| Учебный прибор по физике | 1981 |
|
SU1137502A1 |
