Прибор по механике Советский патент 1983 года по МПК G09B23/06 

(5) ПРИБОР по МЕХАНИКЕ

1

Прибор относится к наглядным учебным пособиям по механике, предназначен для демонстрации,влияния внутренних сил на изменение кинетической энергии и для иллюстрации превращения одного вида механической энергии в другой.

Известны приборы по механике для демонстрации закона сохранения момента СП и 2.,0

Недостатком этих .приборов является ограниченность демонстрационных возможностей из-за отсутствия в них упругих элементов, создающи внутренние силы.15

Известен также прибор по механике, содержащий двуплечий рычаг, установленный на основании, грузы, подвижно расположенные на плечах рычага, и фиксаторы для удержания грузов в исход-20 нон положении 3 JДля демонстрации перехода энергии из одного вида в другой этот прибор не пригоден.

Целью изобретения является расширение диапазона решаемых задач путем обеспечения демонстрации превращения одного вида энергий в другой.

Поставленная цель достигается теки, что прибор по механике, содержащий двуплечий рычаг, установленный на основании с возможностью вращения, грузы, подвижно расположенные на плечах рычага и фиксаторы.для удержания грузов в исходном положении, имеет цилиндрические пружины, соединенные с грузами и рычагом в его центре вращения, барабан, жестко закрепленный в центре рычага, установленную на основаТТии градуированную стойку с закрепленным на ее свободном конце роликом и перекинутую через ролик нить, несущую на одном конце дополнительный груз, а другим концом закрепленную на барабане.

На чертеже представлен прибор по механике. Прибор состоит из рычага 1 с барабаном 2, установленным на подшипниковой опоре 3, грузов t, установленных подвижно на рычаге 1, пружин 5 соединенных с грузами k и рычагом 1 в его центре вращения. На оси установлена втулка 6, рычажные фиксаторы 7, шарнирно закрепленные внутри рычага 1 связанные с нажимным штифтом 8, помещенным в центре вращения рычага над втулкой 6. Фиксаторы состоят из собачки 9 и зубчатых реек 10. Сменные грузы 11 закреплены на подвеске 12 нитью 13, переброшенной через направляющие ролики 1, 15 и 16 и намотанной на барабан 2. Ролики установлены на стойках 17 и 18 основания прибора 19. На вертикальной стойке 17 имеется градуированная шкала. Длина нити должна быть такой, чтобы при полном ее сматывании с барабана подвеска 12 не касалась основания 19Прибор работает следующим образом. Демонстрация влияния работы внутренних сил на изменение кинетической энергии осуществляется при снятой с барабана 2 нити 13. Рычагу 1 с зафиксированными грузами k защелками 7 сообщают начальную угловую скорость. Нажатием штифта 8 грузы k освобождаются и под действием сил упругости пружин 5 перемещаютс.я в направлении к оси вращения барабана. Конечное их положение фиксируется собачками 9. При этом сила уп ругости пружин (внутренние силы) совершают работу на перемещение грузов 4 из начального в конечное положение угловая скорость рычага с грузами Ц несколько увеличивается, изменяется кинетическая энергия грузов и рычага с барабаном. Измеряя начальную и конечную угло вые, скорости и вычисляя моменты инер ции системы в ее начальном или конеч ном положениях, подсчетом изменения кинетической энергии И работы сил уп ругости пружин (внутренних сил) убеж даются в 1Х равенстве. Демонстрация превращения потенциальной энергии упругих элементов (пр жин 5) в кинетическуюэнергию системы а затем кинетической энергии в потен циальную энергию сменного груза 11 выполняется следующим образом. Растягивая пружины 5 подвижные грузы устанавливают в крайне отдаленном от оси вращения, положении и это положение фиксируют рычажными защелками 7. Прикрепив нить 13 к барабану 2 и вращая рычаг с барабаном, устанавливают сменный груз 11 на некоторую начальную высоту, определяемую по градуированной шкале на стойке 17. Затем представляют прибор действию сил тяжести груза 11, который, опускаясь, приводит во вращательное движение рычаг 1 с подвижными грузами k. Когда груз 11 достигнет наинизшего положения, рычаг с барабаном продолжает вращение, нить начинает наматываться на барабан, а груз подниматься вверх. При прекращении движения прибора груз 11 достигает начальной высоты. Если при повторном опускании подвески с грузом 11 с начальной высоты в нижнем его положении нажать на штифт 8, тогрузы k освободятся и под действием сил упругости пружин 5 переместятся от концов рычага к середине ее, при этом кинетическая энергия системы возрастет на величину, равную работе сил упругости пружин на соответствующих перемещениях грузов k. Это приращение кинетической энергии при последующем движении системы до ее остановки будет затрачено на увеличение потенциальной энергии груза 11 при подъеме его на некоторую высоту сверх начальной. Таким образом, работа, затраченная на подъем груза 11 сверх начальной высоты, равна уменьшению потенциальной энергии при перемещении грузов k от концов рычага к ее середине. При этом наглядно демонстрируется превращение потенциальной энергии деформированных пружин в ки- . нетическую энергию системы и последней - в потенциальную энергию подъема груза. Прибор по механике позволяет наглядно расширить диапазон демонстрируемых задач демонстрации многократного превращения одного вида механической энергии в другой и наоборот, что повышает усваимость учащимися демонстрируемых положений механики. Формула изобретения Прибор по механике, содержащий двуплечий рычаг, установленный, на осно вании с возможностью вращения, грузы подвижно расположенные на плечах ры5чага, и фиксаторы для удержания зов в исходном положении, о т л

чающийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем обеспечения демонстрации превращения j одного вида энергии в другой, он имеет цилиндрические пружины, соединенные с грузами и рычагом в его центре . вращения, барабан, жестко закрепленный в центре рычага, установленную to на основании градуи(юванную стойку с закрепленным на ее свободном конце роликом и перекинутую через ролик

конце дополниконцом закрепленную на барабане.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ff 500539, кл. G 09 В 23/06, 28,05.76.

№ , кл. G 09 В 23/06, 11.11.70.

(Г 822237, кл. G 09 В 33/06, 15.0.80 (прототип). ,9895734 гру- нить, несущую на одном и - ,тельный груз а другим