Учебный прибор для демонстрации вращения земли Советский патент 1992 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике.

Известны приборы для показа на лекциях вращение Земли (маятник Фуко). Недостатком этих приборов является то, что отклонение подвесов маятников делается заметным спустя 5-10 мин после начала опыта

Наиболее близким по цели и совокупности технических признаков к предлагаемому техническому решению является устройство, предназначенное для демонстрации вращения Земли, включающее маятник, подвес, астрономический объектив. Отклонив маятник от положения равновесия и отпустив его, наблюдают хорошо визу- ально разрешимое смещение каждого колебания нити подвеса маятника Для демонстрации опыта достаточно одного колебания маятника туда и обратно.

Недостатком этого устройства является то, что вследствие использования в приборе большой длины подвеса маятника (10 м) и

необходимого большого расстояния от точки подвеса маятника до точки регистрации его колебания (45 м) в стране практически отсутствуют учебные помещения, позволяющие демонстрировать этот опыт.

Цель изобретения - устранение указанного недостатка, а также расширение демонстрационных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что учебный прибор для демонстрации вращения Земли, содержащий маятник, подвес, астрономический объектив, имеет жесткий подвес, один конец которого подшипниковыми опорами прикреплен к платформе, размещенной в верхнем основании штатива и соединенной с основанием подшипниками качения, которая кинематически, электрически или оптически соединена с устройством для регистрации углового вращения платформы относительно верхнего основания штатива, при этом чечевица маятника закреплена на подвесе с возможностью перемещение по подвесу.

сл

с

XI

сл с о о

СА)

Сопоставительный анализ известных устройств с предложенным прибором показал, что предложенное устройство в литературе не описано, имеет небольшие размеры, что позволяет показывать опыт в любых помещениях. Наличие возможности изменения положения чечевицы маятника на подвесе позволяет демонстрировать независимость скорости вращения платформы от частоты колебания маятника, что служит подтверждением закона сохранения количества движения и является расширением демонстрационных возможностей прибора.

На фиг. 1-3 изображен прибор в трех проекциях: на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 3. Верхнее 1 и нижнее 2 основания штатива соединены четырьмя стойками 3. В верхнем основании 1 в подшипниках 4 качения размещена платформа 5. на которую насажена зубчатая шестерня б, кинематически связанная с зубчатым редуктором 7, выходной вал 8 которого имеет указатель 9 вращения. Рядом с указателем 9 вращения закреплена шкала 10. Верхний жесткий подвес 11 маятника 12 подшипниками 13 качения соединен с платформой 5. Чечевица маятника 12 имеет возможность перемещения по подвесу 11 и стопорится винтом 14. На нижнем основании 2 размещен уровень 15, юстировка которого производится винтами 16.

Прибор работает следующим образом. Отъюстировав винтами 16 уровень 15, отклоняют подвес 11 маятника 12 от положения равновесия и отпускают его. Качаясь, маятник 12 стремится сохранить плоскость своего колебания. Вследствие вращения Земли возникает вращающий момент, который через жесткий подвес 11 маятника 12 передается платформе 5 с закрепленной на ней зубчатой шестерней 6, кинематически связанной с зубчатым редуктором 7. Небольшое угловое вращение платформы 5 усиливается редуктором 7, выходной вал 8 которого с закрепленным на нем указателем 9 вращения демонстрирует это вращение относительно шкалы 10. Изменяя высоту расположения чечевицы маятника 12 на подвесе 11, показывают, что скорость перемещения указателя 9 вращения относительно шкалы 10 под действием постоянного вращающего момента не зависит от частоты колебания маятника 12. Необходимое передаточное число редуктора 7 зависит от массы чечевицы маятника 12, жесткости используемого подвеса 11, качества изготовления зубчатой передачи шестерен редуктора 7. Все перечисленные параметры подбираются опытным путем. В

этой модификации прибора функцию устройства для регистрации углового вращения платформы 5 относительно верхнего основания штатива 1 выполняют редуктор

7с шестерней 6, указатель 9 вращения и шкала 10.

Предлагаемый прибор можно использовать и в лабораторных работах по физике. В этом случае вместо редуктора 7 с шестерней

6 используются проволочное или пленочное сопротивление 17 со щеткой 18, закрепленные на платформе 5 и верхнем основании 1 соответственно, или же индукционные датчики 19 угла поворота, элементы которых

прикрепляются к платформе 5 и основанию 1. Для усиления сигналов, снимаемых с сопротивления или индукционного датчика, используется усилитель напряжения постоянного тока типа У5-10. Все электрические

схемы измерений, необходимые для снятия сигналов с используемых датчиков, не отличаются от общепринятых для каждого конкретного случая. Кроме того, к основанию 1 и платформе 5 крепятся шкалы 10 с нониусами. В предлагаемом приборе для фиксации углового вращения платформы 5 относительно основания 1 вместо электрических элементов можно использовать микроскоп 20 с объектмикрометром 21, которые крепятся к основанию 1 и платформе 5. На чертеже изображена кинематическая связь платформы 5 с устройством для регистрации ее вращения относительно основания 1. На двух других чертежах изображена электрическая связь платформы 5 с устройством для регистрации ее вращения относительно основания 1. На чертеже изображена также оптическая связь платформы 5 с устройством для регистрации ее вращения относительнооснования 1.

Проведенные испытания прибора показали следующие преимущества по сравнению с прототипом: наличие возможности использования прибора для определения

5 вращения Земли в учебных аудиториях; уменьшение времени на показ опыта: расширение демонстрационных возможностей.

0 Формула изобретения

Учебный прибор для демонстрации вращения Земли, содержащий закрепленный верхним концом подвеса в подшипниковой опоре маятник и средство для регистрации

5 отклонения маятника от плоскости колебаний, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и демонстрационных возможностей, средство регистрации отклонений состоит из связанной с подшипниковой опорой платформы с зубчатым венцом, установленной в подшипнике качения, имеющей зубчатый венец, и связанной с ней через зубчатую передачу, стрелочного указателя угла поворота опоры, расположенного на пластине с круювои шкалой. при этом подвес выполнен жестким, а груз установлен на нем с возможное гью перестановки на заданное расстояние от опоры.

Использование изобретение относится к демонстрационным приборам по физике. Сущность изобретения: новым в устройстве является то, что оно содержит платформу, соединенную с верхним основанием подшипниками качения, которая кинематически или электрически связана с устройством для регистрации углового вращения платформы относительно верхнего основания и к которой подшипниковыми опорами прикреплен жесткий подвес маятника. По круговому лимбу замечают угол поворота стрелки, связанной с зубчатым венцом, соединенным с опорой маятника. По этому углу судят об отклонении маятника от плоскости колебаний. Переставляя груз по подвесу, изменяют параметры эксперимента. 4 ил.

W