Учебный прибор по кинематике идиНАМиКЕ Советский патент 1981 года по МПК G09B23/06 

(54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО КИНЕМАТИКЕ И ДИНАМИКЕ

1

Изобретение относится к учебным приборам по физике для демонстрации опытов по , кинематике и динамике.

Известен учебный прибор по основному авт. св. № 499576, используемый в школах и других учебных заведениях для демонстрации опытов по кинематике и динамике. Этот прибор выполнен в виде смонтированных на раме направляющих и плоского экрана, при этом экран имеет возможность качания при помощи привода, выполненного в виде электромагнита, в цепь которого включен электрический прерыватель. На направляющих расположено подвижное тело, имеющее форму цилиндра с коническими фасками и с укрепленным иа нем пишущем устройством в виде смоченной краской кисточки, которая касается экрана при движении тела по направляющим- 1.

Однако при демонстрации опытов острие кисточки разминается и возможны значительные отклонения его в разные стороны, что приводит к некачественной записи, отображающей движение тела, а следовательно, к снижению точности измерения. Кроме того, при таком взаимодействии экрана с пищущим устройством на тело может действовать вызванная экраном сила, направленная вдоль оси подвижного тела, которая может привести к перекосу положения движущегося тела, а следовательно, к отклонению острия кисточки пищущего устройства, что также приводит к снижению результатов проводимых опытов. Одновременно при таком взаимодействии кисточки и экрана, вследствие разминания кисточки и действия осевых сил, увеличивается сила трения, что приводит к замедлению движения тела и искаже10нию результатов проводимых опытов.

Кроме того, в известном приборе отсутствует устройство обеспечивающее синхронизацию начала движения тела с началом записи, что необходимо для повыщения точ15ности записи при проведении ряда опытов, например, для определения ускорения при демонстрации равноускоренного движения.

Цель изобретения - повышение точности результатов проводимых опытов.

Указанная цель достигается тем, что при20бор имеет устройство синхронизации начала движения тела и записи имеющее св язанный с пластиной электромагнит, закрепленный на

оси качания кулачка и контакта, включенного в электрическую цепь электромагнита, а экран выполнен в виде части цилиндрической поверхности, ось которой лежит на прямой, соединяющей его вершину с осью качания экрана.

Устройство синхронизации выполнено, например, в виде установленной на направляющих фиксирующей пластины и механизма ее поворота.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый прибор; на фиг. 2 - то же, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант выполнения устройства синхронизации; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3.

Предлагаемый прибор содержит направляющие 1, подвижное тело 2, с укрепленным на нем-пишущим устройством 3, экран 4.

Направляющие 1 и экрлн 4 смонтированы на раме 5, при этом экран может поворачиваться на шарнирах 6. С экраном 4 соединен привод 7, выполненный, например, .в виде электромагнита и электрического прерывателя 8.

Подвижное тело 2 выполнено в виде цилиндра с коническими фасками 9.

Пишущее устройство 3 представляет собой кисточку, которая касается экрана. На раме 5 расположены гравитационные горки 10, в результате этого подвижному телу сообщается начальная скорость.

Упругое кольцо 11 используется для осуществления упругого взаимодействия между подвижными телами 2.

Экран прикреплен к оси качания 12 (к оси 12 шарниров 6) при помоши равномерно расположенных вдоль экрана двух радиальных державок 13 и выполнен в виде части цилиндрической поверхности 14, ось которой может совпадать с осью 12 качания экрана. Средняя образующая поверхности экрана имеет шкалу 15, находящуюся на уровне пищущего устройства 3.

Устройство синхронизации начала движения тела 2 и записи выполнено, например, в виде шарнирно смонтированной в направляющих 1 фиксирующей пластины 16, свободный конец которой контактирует с подвижным телом 2, привода поворота пластины выполненного в виде электромагнита 17, управляемого посредством кулачка 18 и подвижного контакта 19, замыкающего электрическую цепь 20, управления электромагнита 17.

Привод поворота пластины 16 может быть выполнен и по другому варианту, например в виде качающегося рычага 21, контактирующего с кулачком 18 и шарнирно связанной с ним штанги 22, проходящий через паз 23, выполненный в ближней к экрану направляющей 1, причем свободный конец щтанги заходит в гнездо 24, выполненное в пластине 16.

Для удобства проведения опытов с использованием наклонной горки 10 устройство синхронизации может быть снабжено дополнительным стопором в виде пластины 25, шарнирно установленной в направляющих 1 и связанной с пластиной 16 при помощи тяги 26. К направляющим 1 прикреплена пружина 27, связанная с пластиной 16, а рычаг 21 имеет упор 28.

Для демонстрации равномерного прямолинейного движения прибора устанавливают горизонтально, на гравитационную горку Ю устанавливают подвижное тело 2, которое удерживается пластиной 15, экран 4 приводом 7 приводят в колебательное движение.

При приближении экрана к пищущему устройству 3 кулачок 18, поворачиваясь, воздействует или на контакт 19, который включает электромагнит 17, или на рычаг 21, который отходя от кулачка, выводит штангу 22 из гнезда 24 (для второго варианта использования) .

После этого пластина 16, поворачиваясь под действием или электромагнита 17, или пружины 27, поворачивает пластину 25 и и освобождает тело 2.

При движении подвижного тела 2 по направляюшим 1 пишущее устройство 3 взаимодействует с поверхностью 14 экрана 4 через равные промежутки времени и оставляет на ней метки, совокупность которых позволяет сформулировать определение равномерного прямолинейного движения.

При демонстрации равноускоренного и равнозамедленного движения раму 5 с подвижным телом 2 наклоняют на незначительный угол, включают привод 7 экрана 4, который при движении посредством кулачка 18 включает как и в случае равномерного движения привод поворота пластины 16, подвижное тело 2 двигается по направляющим 1, тем самь1м обеспечивается синхронизация начала движения тела 2 с фиксацией этого положения на экране. При этом подвижное тело 2 скатывается с верхнего конца по направляющим 1, фиксируя на поверхности 14 экрана 4 свое положение через равные промежутки времени.

Для определения отношения ускорений двух взаимодействующих тел на направляющих 1 в средней части их устанавливают стальное и алюминиевое подвижные тела с деформированным упругим кольцом 11 между ними.

Кольцо 11 подщивают на бифилярном подвесе, перетянув его нитью в средней части. Экран 4 приводят в колебательное движение, а нкхь прежигают. Под действием упругого кольца 11 подвижные тела 1 двигаются с ускорением, начальные скорости подвижных тел равны нулю, следовательно, отношение конечных скоростей равно отношению ускорений. Измерив расстояние между метками оставленными стальным и алюминиевым подвижными телами на экране, в зонах, где прекращается действие упругого кольца, определяют отношение путей, пройденных за одно и то же время. Это отношение равно отношению конечных скоростей, а следовательно, и отношению ускорений подвижных тел. Для доказательства независимости отношений ускорений от вида взаимодействия повторяют предыдущий опыт, изменив величину деформации упругого кольца 11. Полученное отношение равно первому. Формула изобретения 1. Учебный прибор по кинематике и динамике по авт. св. № 499576, отличающийся тем, что с целью повышения точности проводимых опытов, он имеет устройство синхронизации начала движения тела и записи, а экран выполнен в виде части цилиндрической поверхности, ось которой лежит на прямой, соединяющей его вершину с осью качания. 2. Прибор по п. 1 отличающийся тем, что устройство синхронизации выполнено в виде установленной на направляющих фиксируюш.ей пластины и механизма ее поворота, имеющего связанный с пластиной электромагнит закрепленного на оси качания кулачка и контакта, включенного в электрическую цепь электромагнита. , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 499576, кл. G 09 В 23/06, 1974. / Гс Т Г 26 /тНи 27 16 Фиг,. 2 г

Фиг.З 9