Прибор для демонстрации законов вращательного движения тел Советский патент 1974 года по МПК G09B23/10 

Изобретение относится к области физики, теоретической и прикладной механики и может быть использовано для лекционных демонстраций и проверки законов вращательного движения и крутильных колебаний.

Известен ц.рибор для демонстрации законов вращательйого движения тел, содержащий установленный в олорах вал с закрепленными на нем многоступенчатым блоко.м ш киBDB, через который .перекинута гибкая нить с грузом на конце, и грузовыми штангами.

Недостаткам этого прибора является то, что для изменения фиксированного расстояния масс от оси вращения (т. е. для изменения момента инерции вращающейся части прибора) затрачивается много времени, в связи с чем потеря части демонстрационного эффекта, невозможность изменять момент инерции системы без остановки прибора и сравнительная ограниченность диапазона демонстрационных возможностей.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей прибора. Достигается это тем, что вал подпружинен, выполнен полым и имеет паз, расположенный по его образующей, а -внутри вала помещен стержень, имеющий выступ, входящий в паз вала, и направляющую пластину-с симметрично расположенными отверстиями для пропуска грузовых штанг, причем последние укреплены на валу щарнирно.

Стержень установлен в полости вала с возможностью осевого перемещения посредством рукоятки, несущей рычаг со щкалой.

На чертеже изображен предлагаемый прибор, вид сбоку.

Прибор представляет собой центрированную систему из нескольких, например щести,

симметрично расположенных тел 1 вокруг оси, связанных грузовыми штангами 2 с полым валом 3 при помощи щарнирных соединений 4. Внутри полого вала проходит стержень 5 с выступом для ограничения возможности скольжения по образующей вдоль паза. На одном из концов стержня жестко закреплена пластина 6 (или полусфера) с симметрично расположенными отверстиями 7 для пропуска грузовых щтанг 2.

Прибор установлен на бнподобном основании 8 со струбцинкой 9 и крепежным винтом 10. В пустотелую часть основания 8 вмонтированы держатели И и 12 щарикоподшипников 13 и 14. На валу 3 укреплены также многоступенчатый блок 15, конический держатель 16, втулка 17, спиральная пружина 18 и коннческая обойма 19. Поступательное перемещение стержня в полом валу ограничивается

выступом 20.

Один из концов стержня 5 оканч1тается рукояткой 21, установленной иа шарикоиодшип-нике; для ее фиксации в апределенных положениях служит скользящий рычаг 22 со шкалой и шарнирно подсоединенным звеном 23, упирающийся в кольцевой паз 24 рукоятки 21. На основании прибора под скользящим рычагом укреплено фиксирующее устройство.

Перемещая рукояткой стержень с направляющей пластиной (полусферой), имеющей отверстия, надвигают пластину на грузовые щтанги, меняя их наклон но отнощению к оси, вместе со щтаигами разводятся от оси шары на их концах, и момент инерции системы увеличивается. Осуществить это можно Как при отсутствии вращения, так и лосле приобретения системой вращательного движения. Влияние изменения момента инерции наблюдается на приобретаемое системой угловое ускорение или на крутильные колебания. Угловое ускорение система получает в результате действующего момента силы со стороны накрученной на блок нити под действием натяжения от задающей гири, натянутого резинового жгута или пружины (во всех случаях при этом следует учитывать непостоянство действующей силы).

Прибор позволяет производить ряд экапериментов и наблюдений.

Для .проверки основного уравнения вращательного движения необходимо, например, сравнить угловое ускорение получаемое вращающейся частью прибора при разных моментах инерции, т. е. при различно разведенных от оси грузовых тягах (при различных полол ениях рукоятки 21).

Вследствии неодинаковых угловых ускорений системы и полученные угловые скорости вращения будут различные. Расчет угловых ускорений может быть произведен аналогичным образом, как для маятника Обербека и как это описано в физических практику.мах.

В последующем, оставляя момент инерции системы неизменным, опыты повторяют для различных моментов действующих сил, используя различные блоки для накручивания нити или различные подвески к нитям.

Для демонстрации закона сохранения момента количества движения меняют момент инерции системы в процессе вращения. Передвигая рукоятку в ту или другую сторону, наблю|Дают изменение угловой скорости вращения. Это можео повторить несколько раз, если к вращающейся части прибора подсоединить тахометр, а силы трения в подшипниках сделать минимальными.

Для изучения крутильных колебаний вращающуюся часть прибора следует подпружинить. Для этого втулку 17 с закрепленной

на ней пружиной 18 вынимают из конической обоймы 19 и надевают на конический держатель 16, фиксируя ВИ1ГГОМ (на чертеже не показан). Таким образом, вращательная система будет связана со спиральной пружиной 18. При выведении из положения равновесия система будет испытывать торсионные колебания. Определяя средний период колебаний по длительности нескольких колебаний и проводя

опыты при различных фиксированных моментах инерции, проверяют форму для периода крутильных колебавши, считая коэффициент возвращающего момента постоянным. Затем, поочередно зажимая пружину фиксатором в

различных ее частях (т. е. меняя длину рабо чей части пружины), устанавливают зависимость периода колебаний от упругих свойств пружины.

Предмет изобретения

1.Прибо-р для демонстрации законов вращательного движения тел, содержащий установленный в опорах вал с закрепленными на нем многоступенчатым блоком шкивов, через который перекинута гибкая нить с грузом на конце, и грузовыми щтангами, отличающийся тем, что, с целью расщирения демонстрационных возможностей, вал подпружинен, выполнен полым и имеет паз, расположенный по его образующей, а внутри вала помещен стержень, имеющий выступ, входящий в паз вала, и направляющую пластину

с симметрично расположенны.ми отверстиями для пропуска грузовых щтанг, причем последние укреплены на валу шарнирно.

2.Прибор по п. 1, отличающийся тем, что стержень установлен в полости вала с

возможностью осевого перемещения посредством рукоятки, несущей рычаг со шкалой,

--n и-UJ-О