Устройство для демонстрации законов динамики

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЗАКОНОВ ДИНАМИКИ, содержащее две расположенные на газостатических направляющих каретки, на одной из которых установлен двигатель, с валом которого соединена одним концом нить, а на другой - стойка для закрепления свободного конца нити и сменный груз, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и удобства проведения эксперимента, двигатель вьшолнен В виде пневмотурбины, имеющей расположенный по ее оси перпендикулярно направляющим штуцер и коллекторную кольцевую полость, сообщающуюся со штуцером и соплами турбины, -а на опорных элементах каретки, несущей Двигатель, установлены сообщаюпщеся с полостью направляющих и штуце-.. ром воздухопроводы.g

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

И

РЕСПУБЛИН

ac9 aD

3QB G 09 В 23 06 (2 I ) 34 22010/.28-1 2 (22) 06. 04. 82 (46) 30. 06. 84. Бюл. 9 24 (72) С.С.Арутюнов (71) Всесоюзное специализированное научно-производственное объединение

"Союзвузприбор" (53) 371.66(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке В 3378237/28-12, кл. С 09 В 23/06, 06.01.82. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ

ЗАКОНОВ ДИНАМИКИ, содержащее две расположенные на газостатических направляющих каретки, на одной иэ которых установлен двигатель, с валом которого соединена одним концом нить, а на другой — стойка для закрепления свободного конца нити и сменный груз, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и удобства проведения эксперимента, двигатель выполнен в виде пневмотурбины, имеющей расположенный по ее оси перпендикулярно направляющим штуцер и коллекторную кольцевую полость, сообщающуюся со штуцером и соплами турбины, а на опорных элементах каретки, несущей двигатель, установлены сообщающиеся с полостью направляющих и штуце- . ром воздухопроводы. R

0636 1

1 »0

Изобретение относится к учебнолабораторному оборудованию и может быть использовано для демонстрации . второго и третьего законов динамики в учебном процессе в высших и средних специальных учебных заведениях.

Известно устройство для демонстрации законов динамики, содержащее две расположенные на газостатических направляющих каретки, на одной из которых !

О установлен двигатель, с валом которого соединена одним концом нить, а на другой — стойка для закрепления .свободнос. го. конца нити и сменный груз (1 1.

Недостатком известной устайовки

15 является наличие помех, влияющих на точность экспериментов, появляющихся из-за соединения подвижной каретки с источником тока посредством проводов, что налагает дополнительные связи на

20 движение каретки. Кроме того, использование внешнего источника тока, ус- тановленного на основании, создает неудобства при демонстрации, так как требует значительной предварительной

25 подготовки экспериментов (необходимость подключения проводов и их размещения на штативе).

Цель изобретения — повышение точности и удобства проведения эксперимента.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для демонстрации законов динамики, содержащем две ! расположенные на газостатических направляющих каретки, на одной из которых 35 установлен двигатель, с валом которого соединена одним концом нить, а на другой — стойка для закрепления. свободного конца нити и сменный груз, двигатель выполнен в виде пневмотурби40 ны, имеющей расположенный по ее оси перпендикулярно направляющим штуцер и коллекторную кольцевую полость, сообщающуюся со штуцером и соплами турбины, а на опорных элементах карет45 ки, несущей двигатель, установлены сообщающиеся с полостью направляющих и штуцером воздухопроводы.

На фиг.1 изображено устройство для демонстрации законов динамики, общий 50 вид, на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1, на фиг.4 — турбина, разрез, на фиг.5— турбина, вид сверху.

Устройство для демонстрации законов динамики содержит установленные на основании 1 газостатические направляющие 2, на которых размещены две подвижные каретки 3 и 4 одинаковой массы. На каретке 3 оъемно установлен двигатель, выполненный в виде пневмотурбины, состоящей из корпуса 5, стакана 6, ротора 7, крышки 8, вертикально расположенной оси 9, на которой установлены подшипники 10 и втулка 11.

На наружных кольцах подшипников 10 установлена катушка 12, жестко соединенная с ротором 7. Между корпусом 5 и стаканом 6 образована коллекторная кольцевая полость 13, сообщающаяся с полостью направляющих 2, через радиальные каналы 14, штуцер 15, расположенный в пневмотурбине по ее оси и герметично установленный в вертикальном отверстии каретки 3, и воздухопроводы 16 и 17, установленные на опорных элементах 18 и 19 каретки 3.

В стакане 6 имеются, например, четыре сопла 20, сообщающиеся с кольцевой полостью 13 и направленные по касательным в сторону рабочих поверхностей лопастей 21 ротора 7. На катушке

12 закреплена и намотана нить 22, другим концом соединенная с жестко связанной с кареткой 4 стойкой 23, на которой установлен съемный груз 24 с заданной массой. Нить 22 может быть соединена, как вариант, со стойкой

25, установленной на основании 1.

На входе в газостатические направляющие 2 на штуцере 26 с продольными отверстиями 27 установлен распределительный клапан, выполненный в виде поворотной втулки 28 с отверстиями

29, одинаковыми по форме и размером с отверстиями 27. Для поворота втулки 28 имеется закрепленный на ней рычаг 30, пружина 31 и ограничитеяьные упоры 32 и ЗЗ. Для дистанционного управления рычагом 30 имеется электромагнит 34.

Устройство работает следующим образом.

В случае одновременной демонстрации второго и третьего законов динамики (Ньютона) подвижные каретки 3 и

4 беэ груза 24 устанавливают в крайних левом и правом положениях. Свободный конец нити 22 закрепляют на стойке 23 каретки 4. Поворотная втулка 28 посредством пружины 31 и упора

32 занимает исходное положение, при котором отверстия 29 совмещены с отверстиями 27 штуцера 26. При этом воздух от источника сжатого воздуха выходит в атмосферу и давление воздуха в полых газостатических направ3 11006 ляющих 2 падает до минимума, исключающего движение кареток 3 и 4.

Для приведения кареток 3 и 4 в движение поворотную втулку 28 с помощью рычага 30 вручную или дистанцион5 но электромагнитом 34 устанавливают в другое крайнее положение до упора

33, при котором отверстия 27 штуцера

26 перекрываются перемычками втулки

28. При этом давление в газостатичес- ких направляющих 2 мгновенно достигает рабочего значения, между каретками

3 и 4 и газостатическими направляющими 2 образуется воздушная подушка, исключающая трение между ними, а воэ- >> дух из воздушной подушки, попадающий на лопасти 21 ротора 7 через воздухопровод 16 и 17, отверстие в штуцере

15, радиальные каналы 14, коллекторную кольцевую полость 13 и сопла 20, начинает вращать ротор 7 пневмотурбины. Нить 22 наматывается на катушку l2 и каретки 3 и 4 начинают сближать:ся с ускорением, демонстрируя второй .и третий законы динамики. Так как силы, действующие на каретки 3 и 4,одинако вы и массы кареток равны, то встретятся они посредине газостатических найравляющих 2. Затем демонстрацию повторяют при разной массе кареток 3 и

ЗО

36 4

4, для этого устанавливают груз 24 на каретке 4. В результате более легкая каретка 3 пройдет большой путь и каретки 3 и 4 встретятся ближе к тому краю газостатических направляющих 2, где была каретка 4 °

В случае демонстрации только второго закона Ньютона каретку 3 устанавливают в левом крайнем положении, а свободный конец нити 22 закрепляют на стойке 25, установленной на основании 1. При пуске установки нить 22 наматывается на катушку 12, сообщая каретке 3 движение с ускорением.

Предложенное устройство повышает точность эксперимента благодаря выполнению двигателя в виде пневмотурбины, питающейся от воздушной подушки, образующейся под кареткой, вследствие чего не требуются специальный источник питания, как в прототипе, и, соответственно, провода, соединяющие

его с двигателем на каретке, что исключает возникающие от наличия про" водов помехи в законах движения кареток. Кроме того, повышается удобст" во пользования установкой, так как при подготовке демонстрации не требуется осуществлять подключение двигателя к источнику питания.

1 100636

Составитель P.Óæâèé

Редактор К.Волощук Техред О,Неце Корректор М.Демчик

Заказ 4584/38 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г,Ужгород, ул.Проектная, 4