Прибор для демонстрации центробежных сил инерции

 

О Il И C А Н И Е (11)!оо51о4

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву № 830508 (22) Заявлено 07.09.81 (21) 333568! /28-12 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5!) М. Кл 3

G 09 В 23/08

ГееударетееекыН комитет

СССР

Опубликовано 15.03.83. Бюллетень № 10 (53) УДК 371.66 67 (088.8) по делам кэебретений и открытий

Дата опубликования описания 25.03.83

Л. Д. Иванов, И. Н. Кузнецов и Е. А. Фил моной- Л -:."тратт., / - ... : :"" --, Ф т

Ф

: ь."-,. "-, 1 т:- ф (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЪ|Х

СИЛ ИНЕРЦИИ 1

Изобретение относится к учебным пособиям по физике и теоретической механике и может быть использовано для демонстрации центробежных сил инерции и сил Кориолиса в высших и средних специальных учебных заведениях.

По основному авт. св. № 830508 известен прибор, используемый преимущественно для демонстрации центробежных сил инерции. Этот прибор выполнен в виде центрифуги с вертикальным валом, закрепленными на валу Ч-образными рычагами, свободные концы которых соединены вертикальными планками, при этом рычаги имеют продольные бортики и различный угол между плечами.

На продольных бортиках V-образных рычагов установлены подвижные грузы, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с кольцевым желобом. Для вращения центрифуги на общем основании прибора установлен привод (1).

Однако указанный прибор не позволяет наглядно демонстировать действие сил Кориолиса.

Целью изобретения является расширение диапазона решаемых задач путем обес2 печения возможности наглядной демонстрации действия сил Кориолиса.

Эта цель достигается тем, что, в приборе, содержащем привод, центрифугу с вертикальным валом, закрепленными на валГ-образными рычагами, свободные концы которых соединены вертикальными планками, при этом рычаги имеют продольные бортики и. различный угол между плечами, а на продольных бортиках V-образных рычагов установлены подвижные грузы, каждый из которых выполнен в виде цилиндра с кольцевым желобом, каждый подвижный груз имеет полость и свободно установленный в ней дополнительный груз с индикатором его положения.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2подвижный цилиндрический груз, разрез.

Прибор имеет основание 1, на котором в подшипниках установлен вал 2 центрифуги, на валу 2 закреплены два V-образных рычага 3 с бортиками, свободные концы рычагов 3 соединены с планками 4. Верхний и нижний V-образные рычаги 3 имеют различные углы между плечами. Прибор также

1005164 содержит привод 5 вращения центрифуги и подвижные грузы 6, выполненные в виде цилиндра с кольцевыми желобами для установки на бортиках рычагов 3.

Внутри каждого груза 6 в центральной части выполнена полость 7, в которую помещен дополнительный груз 8 со свободой перемещения вдоль оси цилиндрического груза 6. Перемещение дополнительного груза 8 относительно центра груза 6 передается индикаторам, которые могут быть выполнены электрическими, механическимиит. и.

Одна из конкретных реализаций индикатора представлена на фиг. 2.

В центре цилиндрического груза 6 выполнено сквозное отверстие 9 на всю его высоту, в которое помещены стержни 10 с манжетами 11.

Стержни IO получают движение при воздействии на них дополнительного груза 8, сила давления которого направлена вдоль оси цилиндрического груза 6 и перемещаются в отверстии 9 прямолинейно. Концы стержней 10 являются индикаторами перемещения дополнительного груза 8 относительно центра цилиндрического груза 6.

При взаимодействии дополнительного гру- 25 за 8 с одним из стержней 10 на последнем создается тормозной момент вследствие трения между манжетами 1! и стенками от верстия 9.

При вращении рычагов 3 на подвижные цилиндрические грузы 6 действуют две силы: центробежная сила инерции и сила тяжести.

Грузы находятся в равновесии при выполнении условия (пренебрегая трением) равенства этих сил, при этом они занимают стационарное положение на рычагах 3, а скорость вращения центрифуги равна какой- либо величине 4 .

Если скорость вращения центрифуги м изменится, то при ст (с, грузы будут перемещаеться вниз по рычагу 3, а при 40 г.г ) м Π— вверх по,рычагу 3.

Одновременно с демонстрацией центробежных сил инерции прибор позволяет демонстрировать величину и направление поворотного ускорения. Для этого ставят грузы 6 вначале только на рычаги 3 с боль- 45 шим углом между плечами, а стержни 10 устанавливают заподлицо с торцами оснований грузов 6. Приводят во вращение V-образные рычаги 3 с грузами 6 с некоторой угловои скоростью ы, включив для этого привод 5.

При иткс.т, центробежные силы инерции действуют на подвижные 6 и дополнительные грузы 8 в одном и том же направлении и дополнительные грузы 8 находятся в центрах цилиндрических грузов 6.

При достижении V-образными рычагагами 3 угловой скорости cs =" o грузы 6 начнут перемещаться вверх по желобу с некоторой относительной скоростью V. В силу присущей массе дополнительных грузов 8 инерции, стремясь сохранить свое прежнее направление движения, они начнут перемещаться внутри полости 7 вдоль оси цилиндрического груза 6, надавливая на соответствующие штыри 10. Концы последних выходят из цилиндрических грузов

6, демонстрируя величину и направление поворотного ускорения. Затем изменяют направление вращения рычагов 3. В этом случае сразу же изменяется направление поворотного ускорения дополнительных грузов 8,и поэтому происходит изменение направления перемещения дополнительных грузов 8 внутри подвижных грузов 6, а также и направление выхода штырей 10.

Ускорение Кориолиса отсутствует в том случае, когда вектор относительной скорости направлен параллельно оси переносного вращения (di= О, a= 180, где с — угол между валом 2 и рычагом 3).

Для демонстрации зависимости Кориолисова ускорения от величины угла между векторами относительной скорости V и вектором угловой скорости cd переносного движения грузы 6 устанавливают на рычаги 3 с меньшим углом между плечами. В этом случае положение дополнительных грузов 8 в большей степени порождается действием центробежных сил, и стержни IO выходят из торцов грузов 6 на меньшую величину.

Изобретение позволяет расширить диапазон решаемых задач путем обеспечения .возможности демонстрации действия сил Кориолиса.

Формула изобретения

Прибор для демонстрации центробежных сил инерции по авт. св. № 830508, отличаюи!ийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем обеспечения возможности демонстрации действия сил Кориолиса, каждый подвижный груз имеет полость и свободно установленный в ней груз с индикатором положения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 830508, кл. G 09 В 23/08, 1981 (прототип) .

1005164 г

/, Р 1

/(y

Составитель И. Крылова

Техред И. Верес Корректор Е Рошко

Тираж 486 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор С. Тимохина

Заказ 1909 70