Наглядное пособие для демонстрации влияния затухания на колебательный процесс Советский патент 1982 года по МПК G01M7/00 

(5) НАГЛЯДНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ВЛИЯНИЯ ЗАТУХАНИЯ НА КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ Изобретение относится к наглядным поЬобиям для демонстрации влияния затухания на колебательный процесс и может быть использовано на уроках, семинарских занятиях и лекциях по физике, теоретической и прикладной механике в средних школах, профессионально-технических училищах и высших учебных заведениях. Известно устройство для изучения влияния затухания на колебательный процесс, представляющее собой механи ческую колебательную систему, содержащую инерционное тело, соединенное при помощи тяг с упругодемпфирующим средством, закрепленным на основании ограничительные упоры и устройство для возбуждения колебаний инерционного тела и регулировочную планку fU Однако известное устройство не яв ляется в достаточной степени наглядным и не обеспечивает надежного понимания школьниками и студентами физической сути процесса и запоминаеПРОЦЕССмости увиденного для последующего использования. Целью изобретения является достижение высокой степени наглядности, характеризующей физическую сущность процесса и надежной запоминаемости с последующим творческим использованием увиденного в инженерной деятельности, а также доступность и простота изготовления устройства. Указанная цель достигается тем, что в наглядном пособии для демонстрации влияния затухания на колебательный процесс, содержащем инерционное тело, соединенное при помощи тяг с упругодемпфирующим средством, закрепленным на основании, ограничительные упоры, устройство для возбуждения колебаний инерционного тела и регулировочную планку, упругодемпфирующее средство состоит из упругих акустически активных шнуров, закрепленных своими концами на основании, переплетенных последующими участками с образованием перемычек и расходя цихся в середине в виде ром ба, кареток, соединенных со свобод-ны ми концами ромба и с тягами, при это регулировочная планка расположенапо диагонали ромба и имеет паз, в котором установлены каретки. При этом пособие имеет датчики температуры и конденсаторы, расположенные вокруг перемычек и соединенно с ними регистрирующее устройство. На фиг. 1 изображено предлагаемое наглядное пособие, общий вид в аксонометрической проекции; на фиг. 2 конструктивное исполнение предлагаемого наглядного пособия. Предлагаемое наглядное пособие дл демонстрации влияния затухания на ко .лебательный процесс содержит инерционное тело в виде двух масс 1 и 2, соединенных посредством тяг 3 и 4 с упругодемпфирующим элементом 5. закрепленным на расположенном в горизонтальной плоскости неподвижном основании 6, регулировочную планку 7 (показана на чертежах пунктиром), имеющую возможность перемещаться по ,закрепленным на основании 6 вер.ти;кальным стойкам 8 И 9 жестко закреп ленные на упругодемпфирующем элемент |каретки 10 и 11 с подвижными роли1ками 12 и 13, два электромагнитных возбудителя 14 и 15, имеющих возможность работать в синхронном- ре) и расположенных под массами 1 и 2. соответственно и служащими-для возбуждения вынужденных и свободных колебаний масс 1 и 2- вследствие приложения к ним одинаковых по амплитуде и фазе вибрационных воздействий, телескопические упоры 16-19, надетые ;на свободные участки, а также два Комплекта датчиков температуры 20 и 21, расположённых вдоль перемычек, и два конденсатора 22 и 23, между обкладками которых расположены пере|мычки. Датчики температуры и конденсаторы соединены через измерительный тракт 2k с регистрирующими прибо рами 25 и 26. Упругодемпфирующий элемент 5 предлагаемого наглядного пособия выполнен цельным из двух первоначально прямолинейных (фиг. 2) отрезков аЪ и СИ. шнура, переплетен ных затем частью своих участков таким образом. Что образуют очертания трех расположенных, например в горизонтальной плоскости, соосных метрических фигур - двух треугольников асе и bde и ромба foicK при этом основания ас и Ъ(3 треугольников забазированы на неподвижном основании 6 и их вершины е и f соединены с двумя противолежащими верши нами - и 1 ромба (е с - , а С с К ) посредством плавающих перемычек в и КЕ , каждая из которых состоит из двух переплетенных отрезков шнура, -а две другие вершины ромба и жестко зафиксированы в каретках 10 и 11, к которым прикреплены гибкие тяги 3 и с пвдвешенными на них массами 1 и 2. При этом каретки 10 и 11 имеют возможность перемещаться на своих роликах 12 и 13 вдоль па за, расположенной вдоль диагонали flQ ромба пленки 7- При своем перемещении регулировочная планка вызывает дополнительное натяжение прямо|Линейных отрезков шнура упругодемп|фирующего элемента (т.е. изменяет (его упругость) и изменение силы тре|Ния в перемычках ef и kf. На обращенных друг к другу торцах каретки 10 и 11 имеют соосные конические бойки 27 и 28, которые наравне с телескопическими упорами могут выполнять функцию ограничителей максимальной амплитуды колебаний. Упругодемпфирую щий элемент 5 выполнен из тонкого, плотного, акустически активного (т.е. издающего притрении довольно . громкое специфическое шуршание), упругого, например капронового, шнура. Данный шнур имеет такие параметры, что он не вытягивается под долговременной нагрузкой (т.е. при лю - |бом числе циклов нагружения синусоидальной возмущающей силой), т.е. не увеличивая свою первоначальную длину, не провисает и обладает стабильными упругими свойствами. Предлагаемое наглядное пособие для демонстрации влияния затухания на колебательный процесс работает следующим образом. При запитке электромагнитных возбудителей 14 и 15 появляется вынужденная синусоидальная сила заданной амплитуды и частоты, приложенная к массам 1-2 и передаваемая от них через тяги на упругодемпфирующий элемент 5 в результате чего массы t и 2 совершают вынужденные колебания, а каретки 10 и 11 перемещаются на роликах 12 и 13 вдоль паза ре-, гулировочйой планки 7. При этом . , упругодемпфирующий элемент 5 на npoV тяжении каждого периода колебаний меняет свою конфигурацию, возвращаяс в конце периода в исходное состояние таким образом, что длины его свободных и переплетенных участков изменяются с частичным переходом друг в друга - переплетенные участки е- и КС, которые по существу являются в динамике плавающими перемычками, при перекручивании на одном торц расплетаются, на другом автоматически сплетаются, в результате чего длины свободных участков упругодемпфирующего элемента изменяются. Когда во время первого полупериода колебаний каретки 10 и 11 расходятся, упру годемпфирующий элемент начинает упруго менять свою конфигурацию таким образом, что вследствие перекручивания перемычек е€ и б6 длины свободных участков f0 , к , , hf , образующих стороны ромба увеличивают свою длину и натягиваются - тем боль ше, чем больше размах колебаний каре ток, а боковые стороны ОС и Сб , СЬ и М обоих треугольников уменьшают свою длину и увеличивают за счет возрастания продольного натяжения свою упругость (угол при вершине треугольников при этом разумеется тржэ увеличивается), при этом перемычка e-f на торце расплетается, а на торце е сплетается, аналогично ведет себя исимметричная ей перемычка К.Е Когда каретки сближаются происходит обратное. Наблюдатель визуально наблюдает как при колебании кареток перемычки как бы плавают туда и обратно, т.е. совершают возвратно-поступательное движение -в направлении продольной оси упругодемп |фирующего элемента. При этом деформа ция каждого из свободных участков упругодемпфирующего элемента в его . продольном направлении (т.е. вдоль собственной оси) на порядок и более меньше размаха колебаний кареток. Свободные участки Об , СС tg , kli, Н, Ct), М упругодеммфирующего элемента определяют упругие (жесткостные, а вместе с ними резонансные) свойства механической колебательной системы, а переплетенные участки) т.е. плавающие перемйчки е- и к.€ - рассеивающие свойства, поскольку в них при перекручивании возникает большое по ве)1ичине трение между составляющими их двумя участками шнура, каждый из которых представляет собой спираль двойной кривизны, охватываемую по всей длине другой подобной спиралью: при прокручивании одна спираль как бы обкатывается по другой, в результате чего эти два участка трутся друг о друга по всей своей боковой поверхности, поскольку на этих поверхностях возникают довольно большие по величине силы нормального давления Предлагаемое наглядное пособие обладает не только хорошими демонстрационными качествами, но и имеет хорошие технико-экономические показатели. Формула изобретения 1. Наглядное пособие для демонстрации влияния затухания на колебательный процесс, содержащее инерционное тело, соединенное при помощи тяг с упругодемпфирующим средством, закрепленным на основании, ограничитель: ные упоры, устройство для воэбужде- ; ния колебаний инерционного тела, и регулировочную планку, отличающееся тем, что, с целью повышения наглядности, упругодемпфирующее средство состоит из упругих акустически активныхшнуров, закрепленных своими концами на основании , переплетенных последующими участками с образойанием перемычек ,и расходящихся в середине в виде pot)ба, кареток, соединенных со свободными концами ромба и с тягами, при этом регулировочная планка расположена на диагонали ромба и имеет паз, в котором установлены каретки. 2. Пособие по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет датчики температуры и конденсаторы, расположенные вокруг перемычек, -и соединенное с ними регистрирующее устройство. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Стрелков С.П. Введение в тео- рию колебаний. М., Наука, 196, с. 96-97 (прототип). .