Учебный прибор по механике Советский патент 1992 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к демонстрационным приборам и может быть использовано при изучении теоремы о трех непараллельных силах в курсе теоретической механики.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей.

На фиг. 1 изображена схема учебного прибора при действии груза, вес которого намного меньше веса одного из стержней; на фиг.2 - схема учебного прибора при действии груза в месте соединения стержней (вес груза намного больше веса стержней); на фиг.З - схема учебного прибора при действии груза не в месте соединения стержней (вес груза намного больше веса стержней); на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1.

Учебный прибор содержит опору в виде рамы 1, балку 2, один конец которой связан

с опорой (стойками 3, 4 рамы 1) шарнирным узлом, имеющим стрелочный указатель (указатель направления реакции)5, оси 6 и 7. На оси 7 установлен указатель 5. Ось 7 закреплена неподвижно на стойках 3 и 4 рамы 1 таким образом, что совпадает с центром тяжести указателя 5. Центр тяжести указателя 5 должен совпадать с осью 7 для того, чтобы вес указателя 5 не изгибал балку 2 и не искажал работу прибора. Если вес оси 6 соизмерим с весом указателя 5, то при определении положения центра тяжести указателя 5 нужно учесть вес оси 6.

Ось 6 закреплена на конце балки 2 и соединяет указатель 5 с балкой 2. Свободный конец балки 2 связан с одним концом нити 8. Другой конец нити 8 с помощью отверстия 9 связан со стрелочным указателем (указателем направления реакции) 10.

V4

I И

Указатель 10 установлен на оси 11. Ось 11 закреплена неподвижно на стойках рамы 1 таким образом, что совпадает с центром тяжести указателя 10 (для того, чтобы вес указателя 10 не изгибал нить 8). Балка 2 состоит из двух пластин, закрепленных между собой осями 6, 12, 13. Оси 12 и 13 являются также средством для подвешивания грузов 14 и 15 к балке 2.

Прибор работает следующим образом.

Для демонстрации теоремы о трех непараллельных силах в случае весомого стержня (балки) 2 к балке 2 подвешивают в любом месте груз, вес которого значительно (более, чем в 10 раз) меньше веса стержня 2, например, веревочку 14(фиг.1). Под действием собственного веса стержень 2 работает на изгиб. Поэтому стержень 2 не расположен на одной прямой с указателем 5, т.е. реакция опоры весомого стержня 2 не направлена вдоль этого стержня. Невесомый стержень (нить) 8 работает только на растяжение и расположен поэтому на одной прямой с указателем 10, т.е. реакция опоры невесомого стержня 8 направлена вдоль этого стержня.

Как видно из первого опыта (фиг.1) на стержневую конструкцию действуют три непараллельные силы: вес стержня 2 (линия действия веса вертикальна и находится на середине С стержня), реакция опоры невесомого стержня 8, направленная вдоль этого стержня, реакция опоры весомого стержня 2, направленная не вдоль стержня 2. Однако линии действия этих сил пересекаются согласно теореме о трех непараллельных силах в одной точке. Вес стержня 8 и груза 14 значительно меньше веса стержня 2 - на результаты опыта не влияют.

Для демонстрации теоремы о трех непараллельных силах в случае невесомых стержней к стержню 2 подвешивают в любом месте (например, в месте соединения стержней 2 и 8, т.е. к оси 12 - второй опыт, или правее этой оси 12, т.е. к оси 13 - третий

опыт) груз 15, вес которого значительно больше веса стержней 2 и 8 (фиг.2 и 3).

Из второго опыта видно, что реакция опор невесомых стержней 2 и 8 направлены вдоль этих стержней и линии действия веса груза 15. Реакции опор стержней 2 и 8 пересекаются в месте крепления груза 15 к невесомым стержням 2 и 8, т.е. согласно теореме о трех непараллельных силах пересекаются в одной точке.

В третьем опыте вес груза 14 приложен к стержню 2 не в месте соединения невесомых стержней 2 и 8. Поэтому стержень 2 работает как рычаг на изгиб и расположен

не на одной прямой с указателем 5, т.е. реакция опоры стержня 2 направлена не вдоль этого стержня. Однако линии действия сил пересекаются согласно теореме о трех непараллельных силах в одной точке.

Таким образом, прибор позволяет демонстрировать теорему о трех непараллельных силах как для весомых, так и для невесомых стержней.

25

Формула изобретения

Учебный прибор по механике, содержащий балку, один конец которой связан с опорой шарнирным узлом, имеющим две

оси, на одной из которых, закрепленной неподвижно, установлен указатель направления реакции, а другая ось закреплена на конце балки, при этом свободный конец балки связан с одним концом нити, а балка

имеет средство для подвешивания груза, отличающийся тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей, он имеет дополнительный стрелочный указатель, связанный со свободным концом

нити, и ось, связанную с опорой, при этом последняя выполнена в виде рамы, а оси, связывающие указатели направления реакции с опорой, неподвижно закреплены на стойках рамы так, что они совпадают с центром тяжести указателей.

Использование: демонстрация в учебном процессе при изучении курса теоретической механики позволяет показывать справедливость теоремы о трех непараллельных силах как для весомых, так и для невесовых стержней. Подвешивая к стержню в любом месте груз, масса которого значительно (более чем в 10 раз) меньше массы стержня, на.пример веревочку (фиг. 1), демонстрируют теорему о трех непараллельных силах в случае весомого стержня - первый опыт. Для демонстрации теоремы о трех непараллельных силах в случае невесомых стержней к стержню подвешивают в любом месте (например, в месте соединения стержней), т.е. к оси - второй опыт, или правее этой оси, - третий опыт, груз, масса которого значительно больше массы стержней. Во всех опытах вертикальная линия действия массы стержня или груза и линия действия реакций, направления которых показывают указатели, пересекаются согласно теореме о трех непараллельных силах в одной точке. 4 ил.

ЗЛф

б

ГУ

WJZ.frW.1

А -А

. I M

7

Фиг. 3