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

Изобретение относится к учебным приборам по механике, в частности к приборам для определения коэффициента трения скольжения.

Известен учебный прибор, содержащий основание, установленный на основании корпус со шкалой, поворотную штангу, связанную с корпусом посредством зажима, индикатор в, виде ползуна.

Недостатком прибора являются его ограниченные дидактические возможности, так как прибор не позволяет определять коэффициент трения скольжения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является учебный прибор, содержащий основание, установленный на основании корпус со шкалой, связанные с корпусом электродвигатель с валом, второй вал, связанный с первым по- средство м зубчатой передачи, установленные на валах опоры, связанный с опорами индикатор.

Недостатками прибора являются сложность определения коэффициента трения скольжения, что связано с определением динамических характеристик колебательной системы (измерений линейных величин, времени) и использования сложного математического аппарата динамики колебательных систем, с которым обучаемые могут быть незнакомы (при изучении вопросов, связанных с трением, например, в техникумах), ограниченные дидактические возможности прибора, так как он не позволяет демонстрировать закон сохранения центра масс материальной системы, кроме того ограниченность дидактических возможностей обусловлена возможностью определения коэффициента трения скольжения для одной пары материалов на одном приборе.

Целью изобретения является упрощение определения коэффициента трения скольжения, а также расширение дидактических возможностей прибора.

де.%

XI OD

шЗ|

о

Поставленная цель достигается тем, что чебный прибор по механике, содержащий снование, установленный на основании орпус со шкалой, связанные с корпусом лектродвигатель с валом, второй вал. свяанный с первым посредством зубчатой передачи, установленные на ,валах опоры, вязанный с опорами индикатор, дополниельно снабжен поворотной штангой, связанной с валами посредством подшипников, а с кор гТусШ посредствбм зажима, при этом индикаЧф выполнен в %иде съемного плоского образца, кроме того валы снабжены легкосъемными замками для смены опор, а корпус установлен на основании посредством подвижных опор.

На фиг. 1 представлен общий вид прибора; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - разрез по А-А фиг. 2; на фиг. 4 - расчетная схема прибора.

Учебный прибор по механике содержит основание 1. установленный на основании посредством опор 2, 3, корпус 4 (передняя крышка 5 корпуса 4 на фиг. 1 не показана) со шкалой 6. связанные с корпусом 4 реостат, подключенный к электродвигателю 8 с валом 9, второй вал 10, связанный с первым 9 посредством зубчатой передачи (зубчатые колеса 11, 12), установленные на валах с помощью легкосъемных замков (выполненных, например, в виде винтов 13, 14) опор 15, 16, связанный с опорами индикатор, выполненный в виде съемного плоского образца 17, Кроме того прибор снабжен поворотной штангой 18, связанной с валом 9 посредством подшипника 19, а с валом 10 посредством аналогичных подшипников, при этом с корпусом 4 штанга 18 связана посредством зажима 20. Кроме того вал 9 связан с корпусом 4 посредством подшипника 21 и стойки 22.

Демонстрация учебного прибора производится следующим образом.

Предварительно производят необходимые измерения длины L (фиг, 4) плоского образца 17, диаметра о: цилиндрических опор 15, 16, межцентрового расстояния А, толщины 6 плоского образца 17. Устанавливают поворотную штангу 18 (предварительно открыв зажим 20) на угол /3 30-50° (угол /3 выбирается тем больше, чем больше ожидаемый коэффициент трения, и коммутируется по шкале 6) и фиксируют зажимом 20. Закрепляют с помощью винтов 13, 14 опоры 15, 16 из исследуемого материала, а между опорами закладывают (фиг. 1, фиг. 4) плоский образец 17, придерживая его рукой. Включают и с помощью реостата 7 выводят электродвигатель 8 на рабочий режим. Цилиндрическое опоры 15 и 16 вращаются с одинаковой угловой скоростью

о) (колеса 11 и 12 имеют одинаковые размеры) в разных направлениях. Направление вращения выбирается таким образом, чтобы силы трения в точках касания плоского образца 17 и цилиндрических опор 15, 16

стремились сдвинуть плоский образец вверх. Перемещение плоского образца вверх из равновесного положения под действием сил трения приводит к уменьшению нормальных реакций NI и Na, а значит, и сил

трения fNi и fNa (где f - коэффициент трения скольжения). В этом случае образец 17 под действием силы тяжести Q стремится восстановить свое равновесное положение и сдвигается вниз. Такого рода колебаний

плоского образца 17 продолжаются до тех пор, пока образец не займет положения, при котором все силы будут находиться в равновесии. Это положение определяется параметрами L, А, а , длиной свисающего участка плоского образца I. При перемещениях плоского образца 17 вправо происходит перемещение корпуса 4 на подвижных опорах 2,3 влево, при перемещениях плоского образца 17 влево происходит

перемещение корпуса 4 вправо - демонстрируется закон сохранения центра масс маг териальной системы. Соотношения между величинами, определяющими равновесное положение плоского образца 17, определяются следующим расчетом.

Реакции в точках В и С можно найти, составив два уравнения равновесия

40

2 Мв - Q cos а(- т) - N2I0 - 0; 2Mc Qcos a(lo + l- 7f) 0 (1)

45 отсюда

Nl-Q o+ -0.51.COSOt

Na Q

о 1 - 0.5L

cos a .(2)

Для определения коэффициента трения проектируют fNi, Q, fN2 на направление 55 движения плоского образца 17

Q

Ml +N2

sin a

(3)

Подставляя значения Ni и N2, найденные из (2) и (3), и получают значение коэффициента трения

W

I0 и а находят из рассмотрения треугольника Oi02D:

lo A-cosy;sin l

а -у -агсз1п д

раздела Статика, с которым обучаемые знакомятся даже при сокращенных программах машиностроительных специальностей техникумов. Кроме того, техникоэкономическая эффективность обусловлена расширением дидактических возможностей прибора за счет возможностей определения коэффициента трения скольжения для различных материалов, а также за счет возможности демонстрации закона сохранения положения центра масс материальной системы.

Изобретение целесообразно использовать в ВУЗах и техникумах на лекциях и в

лабораторном практикуме по механике.

Изобретение относится к учебным приборам, в частности к приборам для определения коэффициента трения скольжения, прибор позволяет упростить определение коэффициента трения скольжения, а также расширить дидактические возможности. Сущность изобретения: прибор снабжен поворотной штангой, связанной с валами посредством подшипников, а с корпусом посредством зажима, при этом индикатор выполнен в виде съемного плоского образца, кроме того валы снабжены легкосъемными замками для смены опор, а корпус установлен на основании посредством подвижных опор. Устанавливая под различными углами штангу, изменяя положение плоского образца и сменяя опоры при различных условиях.опр еделяют .коэффициент трения. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

После установления равновесного состояния (остановки плоского образца 17) производят (например, карандашом) на поверхности плоского образца отметку точки В напротив места соприкосновения с опорой 15. Измерение длины (.производят после остановки электродвигателя 8 на снятом с прибора плоском образце 17. После этого по (4) определяют коэффициент трения скольжения для заданной пары материалов (материал плоского образца 17 - материал опор 15,16). После этого снимают опоры 15, 16 (путем снятия замков 13, 14), заменяют опорами из другого материала и повторяют демонстрацию.

Технико-экономическая эффективность изобретения обусловлена упрощением определения коэффициента трения скольжения, так как для этого необходимо при демонстрациях определить лишь один линейный размер I, немаловажно при этом отметить, что используются простые расчетные зависимости, полученные на основе

Формула изобретения

7

blr

2p 4у°

:,.-is

Фиг. 2

Фиг.1

i, 111 11 ii 11. i

- 6

IГ

°

го

О

я

w

и 1

Фиг.З

I

&

43