Учебный прибор по механике Советский патент 1992 года по МПК G09B23/08 

Изобретечие относится к учебным приборам по теоретической механике и может быть использовано для демонстрации составляющих реакции неподвижной опоры, а также подвижной опоры.

Известен учебный прибор по механике, содержащий основание, стрелочный указатель силы, указатели ее составляющих и средств для преобразования перемещения указателя силы в перемещение указателей составляющих, расположенных по горизонтальной и вертикальной осям координат.

Недостатком данного прибора являются низкие эксплуатационные свойства, обусловленные тем, что он может показать составляющие силы, которая существует сама по себе, без связи с каким-либо телом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является учебный прибор по механике содержащий балку, концы которой связаны с установленными на основании подвижной и неподвижной опорами посредством шарниров, каждый из которых выполнен в виде кривошипов с двумя осями, одна из которых устаноплена в

XI XI

О О х|

опоре, а другая связана с балкой, указатели направления действия сил, жестко связанные с кривошипами и расположенные по линии, соединяющей центры их осей и упругую связь, соединяющую основание с балкой, снабженную указателем направления действия силы, и установленную с возможностью взаимодействия с элементом основания, выполненным в аиде криволинейной прорези.

Основным недостатком данного устройства являются узкие дидактические возможности, заключающиеся в том, что на нем нельзя показать составляющие реакции неподвижной опоры, которые являются основными элементами при решении задач по определению реакции опор,

Цель изобретения - расширение дидактических возможностей прибора за счет возможности показа составляющих реакций подвижной опоры.

Поставленная цель достигается тем, что в учебном процессе по механике, содержащем балку, концы которой связаны с установленными на основании подвижной и неподвижной опорами посредством шарниров, каждый из которых выполнен 8 виде кривошипов с двумя осями одна из которых установлена на опоре, а другая связана с балкой, указатели направления действий сия, жестко связанные с кривошипом и расположенные по линии, соединяющей центры их осей и упругую связь, соединяющую основание с балкой, снабженную указателем направления действия силы, в отличие от прототипа, неподвижная опора снабжена вторым кривошипом с указателем направления действия сил, а конец балки, связанный с неподвижной опорой, снабжен горизонтальной и вертикальной прорезями, в которых размещены оси кривошипов. При этом кривошип, одна из осей которого расположена в горизонтальной прорези неподвижной опоры, выполнен съемным,

Такое выполнение прибора позволяет расширить дидактические возможности, так как при демонстрации нагружения балки силой, направленной сверху под каким- либо углом, реакция неподвижной опоры представляется в виде двух составляющих, из которых одна направлена вертикально вверх, а другая горизонтально в положительном направлении или отрицательном направлении, в зависимости от того, в какую сторону отклонена внешняя сила, действующая на балку от вертикали. Такая демонстрация способствует лучшему усвоению предмета теоретической механики, поскольку в учебном проце ссе при решении задач определяются составляющие реакций

опор, в данном случае - неподвижной оно ры. Выполнение кривошипа, одна из осей которого расположена в горизонтальной прорези неподвижной опоры, „-мным, позволяет демонстрировать конкретное на правление реакции неподвижной опоры а также наглядно доказывать теорему о трех силах, расположенных о одной плоскости приложенных к телу, находящемуся всос,гянии равновесия,

На фиг. 1 - схема прибора- на фиг 2 - вид по А - А.

Учебный прибор со механике состоит из балки 1, концы 2 иЗ которой связаны с уст.з

новленными на основании 4 подвижной Е и неподвижной 6 опорами иосрел.с-.ом шар ниров 7, 8 и 9. Каждый шарнир выполнен в виде кривошипа с двумя осями (см фиг. л) из которых ось 10 par положена з опоре 5 или

6, а ось 11 в балке 1, при зто ня осях 10 неподвижно закреплены укзоа ели мапрчл- ления действия сил, выпол «енные в вид: стрелок 12, расположенных по , соединяющей центры осей 10и 11 и нз.фзьленных от оси 13. Б средней части озгжа 1 связана с основанием 4 упругой связью содержащей стержень 13 выполнен ый г.ио- но со стрелкой 14 ,ч своОеи,ьом/ к -и / стержня 13 згкр гиечо г.румагт. iij ьк нная другим копиям с - Чъ -члоом id /станов ленным с возможностью ,,меыеии о в

криволинейной прорези I/ оснований 1 при повороте стержня 13 вокруг оси 1C Конец 2 балки 1 связан с неподвиу юй

опорой 6 двумя шарнирами 7 и 8 oci 11 которых размещены е горизонтальной 9 ы вертикальной 20 прорезях. При этом ось 10 шарнира 7 также расположена в вырезах 2 1, выполненных в неподвижной опоре 6 Длина прорезей 19 и 20 должна быть не менее двух радиусов размещенных в них кривошипов. Для большей нарядности приложения обеих составляющих к одной точке стрелка 12, связанная с кривошипом 7, снабжена

удлинением 22.

Учебный прибор по механике рзб&тает следующим образом. Для демонстрации направлений составляющих реакций неподвижной опоры 6, а также реакции

подвижной опоры 5 устанавливают упругую связь, как показано на фиг.1. При этом пружина 15 создает внешнюю силу, которая пытается переместить балку 1 влево и вниз, смещая расположенную Б ее прорези 19 ось

11 шарнира 7 вниз, вследствие чего стрелка 12 шарнира 7 устанавливается вертикально вверх, показывая направление вертикальной составляющей реакции неподвижной опоры 6. Одновременно, расположенная з прорези 20 ось 11 шаонира 8 смещается

влево, вследствие чего его стрелка 12 располагается в горизонтальном положении, показывая направление горизонтальной составляющей той же реакции. Ось 11 шарнира 9 также смещается вниз, а его стрелка 12 устанавливается вертикально вверх, то есть о направлении, перпендикулярном повеохКОС ГИ МОДС1ИЖНОЙ ОПОрЫ 5,

Передвигая шарнир 15 по прорези 17 вправо с проходом вер . мка.тьного положе- имя стрелкой 14 изменяем направление внешней силы, приложенной к балке 1, при этом горизонтальная составляющая внешней силы сдвигает балку 1 вправо. Так как подчижнал опооа :; мохот перемещаться по основанию 4, а ось 11 шзркир 7 размещена в прорези, то блока 1 встречает сопротивление своему смещению только от шарнира 8, г;оложение которого при действии на его ось 1 : илы, направленной слева, является че;/стойчиьь м, т.к. кривошип работает на сжатие, а поэтому он скользя осью 11 по прорези 20. поворачивается вместе со стрелкой 12 вокруг оси 10 на 180°. показывая, что горизонтальная составляющая не- подвижной опоры 6 изменила свое направление на противоположное.

Для демонстрации конкретного направления реакции неподвижной споры 6, перемещают шарнир 16 в крайнее правое положение, чтсюь1 обеспечить наименьшую деформацию пружины 15, и поднимают конец 2 балки 3 над. неподвижной опорой 6. При этом шарнир 7 выходит из вырезов 21 неподвижной опоры б и, повернув его на 90°, извлекают из прорези 19 балки 1. Теперь по возвращении конца 2 балки 1 на прежнее место, он взаимодействует верхним концом прорези 20 только с шарниром 8, а поэтому последний устанавливается по направлению действующей на него силы от балки 1, показывая стрелкой 22 направление реакции неподвижной опоры 6, как суммы ее вертикальной и горизонтальной

составляющих. Показание направлению реакции подвижной опоры 5 при этом не изменяется. При этом состоянии прибора можно продемонстрировать теорему о трех непараллельных силах, расположенных в одной плоскости и приложенных к телу, которое находится в равновесии, путем установки прибора на демонстрационной доске и прочерчивания продолжения линий действия всех сил, до их пересечения в одной точке. Технико-экономическая эффективность предлагаемого прибора по сравнению с прототипом заключается в расширении его дидактических возможностей за счет возможности демонстрации составляющих реакции неподвижной опоры.

Формула изобретения

1.Учебный прибор по механике, содержащий балку, концы которой связаны с установленными на основании подвижной и неподвижной опорами посредством шарниров, каждый из которых выполнен в виде кривошипов с двумя осями, одна из которых установлена в опоре, а другая связана с балкой, указатели направления действия сил, жестко связанные с кривошипами и расположенные по линии, соединяющей центры из осей и упругую связь, соединяющую основание с балкой, снабженную указателем направления действия силы, о т л и- чающийся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей за счет возможности показа составляющих реакции неподвижной опоры, последняя снабжена вторым кривошипом с указателем направления действия сил, а конец балки, связанный с неподвижной опорой, имеет горизонтальную и вертикальную прорези, в которых размещены оси кривошипов.

2.Прибор по п.1,отличающийся тем, что кривошип, одна из осей которого расположена в горизонтальной прорези неподвижной опоры, выполнен съемным.

7 8 I 26 15 13 13 14 17

Фаг.I

f

ЛУ / г/ /

Использование, учебные приборы по те- оре ической механике для демонстрации составляющих реакции неподвижной опоры, а также реакции подвижной опоры позволяет рзсошоить дидактические возможности за счет показа составляющих реакции подвижной опоры. Сущность изобретения: прибор состоит из балки, концы которой связаны с установленными на основании подвижной опорами посредством шарниров. В средней части балки связана с основанием упругой связью. Конец балки связан с неподвижной опорой двумя шарнирами, оси которых размещены в горизонтальной и вертикальной прорезях. При этом ось одного из шарниров также расположена в вырезах, выполненных в неподвижной опоре. Длина прорезей должна быгь не менее двух радиусов, размещенных в них кривошипов. Для демонстрации направлений составляющих реакции неподвижной опоры, а также реакции подвижной опоры, устанавливают упругую связь под углом к вертикали. При этом упругая связь создает внешнюю силу, которая пытается переместить балку по горизонтали и вниз, смещая расположенную в ее прорези ось шарнира вниз, вследствие чего стрелка шарнира устанавливается вертикально в верх по направлению вертикальной составляющей реакции неподвижной опоры, а ось другого шарнира смещается по горизонтали, вследствие чего его стрелка располагается в гори- зонтальной направлении, показывая направление горизонтальной составляющей той же реакции 1 з.п.ф-лы 2 ил.