Учебный прибор для демонстрации бегущей волны Советский патент 1982 года по МПК G09B23/06 

I

Изобретение относится к обучающим устройс.твам и может быть использовано при изучении гармонических колебаний в курсе физики.

Известен учебный прибор для демонстрации бегущей волны, содержащий раму с закрепленным на ней Г(физонталь- ным стержнем, расположенные на стержне имитаторы элементов волны, выполненные в виде дисков с отверстиями, связанные между собой упругими элементами,, муфту сцепления, датчики пе ремещения дисков, связанные с блоком регистрации tlQ .

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет Демонстрировать отсутствие тфедельной составляющей в электромагнитной волне, и физическое явление. Фиолетовая катастрофа, которое заключается в том, чтр энергия излучения возрастает по квадратичному закону в сторону укорочения длин волн, затем по достижении некоторой максимальной величины энергия излучения падает. Это значительно, псяижаёт наглядность и сужает дидактические возможности прибора.

Цель изобретен-ия - расщирение дидактических возможностей.

Указанная цель достигается -тем, что прибег, содержащий раму, с закрепленным на ней горизонтальным стержнем, расположенные на стержне имитаторы элементов волны, выполненные в виде дисков

10 с отверстиями,, связанные между собой упругими эпементамн, муфту сцепления датчики перемещения дисков, связанные с блоком регистрации, содержит второй блок регистрации и третий датчик переме15щения дисков, связанный с ним блок утфавления скоростью вращения с элекг тродвигателем, тахок|етр, переключатель, и кр.ивошипно-шатунный механизм, на кривошипе которого размещен выступ для

20 взаимодействия с переключателем, а упругие элементы выполнены в виде пружин сжатия, при.этом вал электродвигателя овязан с тахометром и через муфту сцеп3. 9 «ения и крнвошипно-шатунный механизм с одним из дисков. На фиг. 1 изображена схема прибора на фиг. 2 - стержень с элементами вол ны. Учебный прибор для демсяю-фацвн бе гущей волны содержит раму 1 с деления ми в сантиметрах на верхней планке, на ней же укреплены с возможностью передвижения первый датчик 2 и второй датчик 3 перемещения дисков. 4. Первьй датчик 2 и датчик 3 электрически соединены с первым блоком 5 регистрации. На боковых сторсжах укреплен стержень 6, на котором расположены диски 4 с соединяющими их пружинами 7. На O/6IOM из дисков 4 укреплен третий Датчик 8, электрически сое-г диненный с вторым блоком 9 регистрации. Первый диск 4 подвижно соединен через шатун 10 с кривошипом 11, на котором установлен выступ 12. Кривошип 11 жестко связан с ным валом электромагнитной муфть 13 сцепления, входной вал которой соединен кинематически с тахометром 14 и электродвигателем 15. Электродвигатель 15 электрически соединен с блоком 16 управления скоростью вращения. Муфта 13 управляется кнопкой 17 в переключателем 18, который взаимодействует с выступом 12 кривошипа 11. Диски 4 и пружины 7 жестко связаны между собой, причем диски 4 могут пово рачиваться друг относителыю Друга, а также сдвигаться и раздвигаться вдоль стержни 6. Прибор позволяет демонстрировать, например отсутствие продольной составляющей в электромагнитной волне; физическую сущность фс эмуды C -VrCOUSt , t1) jгде С - скорость распространения волны;X - длина волны; V - частота колебаний возмущенног сигнала. Кроме того возможна демонстрация явления Фиолетовая катастрофа . Для демемстрации первого явления оператор устанавливает некоторую частоту вращения двигателя, отслеживая ее по тахометру 14. Затем нажимает на . кнопку 17, через которую «течет ток от сети, под действием чего электромагн-итная муфта 13 сцепления включится в кривошип 11 начинает вращаться с частотой вращения двигателя. 5-4 Возвратно-поступательное движение через шатун 10 приложится к первому диску 4, в результате чего, вдоль линии наблюдатель видит синусоидальную бегущую волну, однако при этом сжатия и растяжения системы, образованной из дисков 4 и пружин 7 вдоль стержня 6 не наблюдается, т.е. предельная составляющая отсутствует. Для демонстрации физической сущности, (1) оператор нажимает на кнопку 17 н блоком 16 устанавливает по тахометру 14 частоту вращения, в реаультате чего вдоль линии наблюдается бегущая волна, затем оператор устанавливает первый датчик 2 над первым диоком 4, а второй датчик 3 над дискок в нулевой фазе конца одного периода длины волны, после чего кнопка 17 опускается. Далее производят измерение времен Т офазования одного периода длины волны X. , доя чего оператор кратковременно нажимает на кнопку 17, муфта 13 срабатъшает, кривошип 11 поворачивается по стрелке, а выступ 12 замыкает контакт 18. Совершив одйи оборот, кривошип 11 кулачком 12, воздействуя на контакт 18, выключает муфту 13 сцепления, в результате чего образуется колебательный процесс в одну посылку, равную длине волны. Первый блок 5 регистрации при помощи датчиков 2 и, 3 регистрирует время Т образования длины волны Л . Сравнив.ая величины Т. и-, наблюдатель ВИДИТ; что т -1 «V Т.е. время образования одного периода длины воганы равно времени одного оборота привода. Повт1Ч1яя режим 3 для другой частоты вращения измеряют длину волны t и время Tf . Сравнивая величины Т, Т/, Xij, наблюдатель видит, что во сколько раз изменяется длина волны X , во столько же раз изменяется время Т образования одного периода волны, т.е. . 13) & фазив период Т через частоту V можно получить формулу (1). Для демонстрации данного явления оператс э нажимает на кнопку 17 муфта 13 включается и начинается фоцесс во нообразования.

Увеличивая плавно обороты привода вариатором 16, укорачивают длину волны X , при этом отсяейсивают показания тахометра 14. и второго блока 9 регистрации.

Частота возмущающего сигнала при этом возрастает, а абсолютная частота |VJ1 имитатора (диска 4) остается постоянной.

По достижении частотой V возмущающего сигнала значения абсолютной часто-ты диска 4 наблюдается максимум- маК симорум энергии излучения.

Как только значение частоты V возмущающего сигнала превысит значение аб- солютной частоты VI, происходит срыв волнообразования, т.е. энергия излучения падает до нуля. При этом видно, что первый диск 4 соверщает вьшужденные котебания с большой частотой, а последующий вторбй остается в покое. Применение третьего датчика перемещения дисков, установленного на диске, и второго регистрирующего устройства, а также управляемого механического привода с тахометром позволяет смоделировать и раскрыть физическую сущность Фиолетовой катастрофы, что значительно увеличивает дидактические возможности прибора.

Формула изобретения

Учебный прибор для демонстрации бегущей волны, содержащий раму с закрепленным на ней горизонтальным стержнем расположенные на стержне имитаторы элементов волны, выполненные в виде дисков с отверстиями, связанные между собой упругими элементами, муфту сцепления, датчики перемещения дисков, свя занные с блоком регистрации, отличающийся тем, НТО, с целью расширения дидактических возможностей, он содержит в.тсфой блок регистрации и третий датчик перемещения дисков, связанный с ним, блок управления скоростью вращения с электродвигателем, тахометрпереключатель н кривошипно-шатунный механизм, на кривошипе которого размещен выступ для взаимодействия с переключателем, а упругие элементы выполнены в виде пружин сжатия, гфи этом вал электрошигателя связан с тахомети. ром и через муфту сцепления и кривошипно-шатунный механизм - ,с одним из дисков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по

заявке № 2828181, кл. Gj О9 В 23/О6

1979.

ff.

t I I I 1 I I Г 1 Г I t I М t 2.V

лГ

V

/

CemA