Учебный прибор по физике

 

УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ, содержащий установлеиную иа тележке наклонную опору и закрепленные на опоре два маятника, имеющих контактирующие с опорой подшипники скольжения и элемент для связи маятников в внде пережигаемой нити, отличающийся тец что, с целью расширения демонстрационных возможностей прибора, каждый маятник имеет средство для изменения частоты его колебаний, состоящее из установленной посредством кронштейна на опоре V плоской пружины, связанного с ней одним концом торсиона, фпанца, закрепленного на оси качания маятника ;И связанного со свободным концом торсиона, и соединенного с фланцем и подвесом маятника поводка с зажимом , прн этом подвесы обоих маятников расположены,в одной плоскости. S

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

НВЮНСУН

РЕСПУБЛИК

09) (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTPN

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н *ВТСВСНСИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2I) 3242537/28-12 .(22) 09.04.84 (46) 30.11 85. Бюл. В 44 (72) В.А.Чернышев (53) 371.66 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .

9 10181459 кл. С 09 В.23/08, 1983. (54) (57) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ, содержащий установленную на тележке наклонную опору и закрепленные на опоре два маятника, имеющих контактирующие с опорой подшипники.скольжения и элемент для связи маятников в виде пережигаемой нити, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения демонстрационных возможностей прибора, каждый маятник имеет средство для изменения частоты его колебаний, состоящее as установленной посредством кронштейна на опоре ".: плоской пружины, связанного с ней одним концом торсиона, @ланца, sa крепленного на оси качания маятника ,и связанного со свободным концом торсиона, и соединенного с фланцем и подвесом маятника поводка с зажимом, при этом подвесы обоих маятников расположены в одной плоскости.

Изобретение относится к учебным приборам и пособиям по физике и теоретической механике и может быть использована для наглядной демонстрации законов физики и механики, в частности закона движения центра масс системы.

Цель изобретения — расширение демонстрационных возможностей.

На фиг.l представлен учебный прибор, общий вид; на фиг,2 — вид А ка фиг.1.

Учебный прибор по физике содержит установлен-:.у;о на тележке 1 наклокнчо

-опору 2 и два. закрепленных на опоре, .маятника 3, имеющие контактирующие с опорой 2 подшипники скольжения 4 и элемент связи маятников 3 в виде пережигаемай кити 5 (фиг.2). Каждый маятник имеет средство для изменения частоты его колебаний, состоящее иэ установленной посредством кронштейна 6 на опоре 2 плоской пружины

7, связанного с ней одним концом торсиона 8, фланца 9, закрепленного на оси 1О качания маятника и связанного са свободным концом торсиона 8, и соединенного с фланцем 9 и подвесом 11 маятника паводка 12 с зажимам 13, при этом подвесы ll обоих маятников 3 расположены в одной плоскости. Вместе с плоскими пружинами 7 на кронштейнах 6 имеются регулировочные винты 14.

Прибор работает следующим образом.

При пережигании нити 5 маятники

3 освобождаются и начинают совершать встречные угловые колебательные движения (встречные качания) вдоль плоскости опоры 2 под действием моментов сил тяжести и моментов упругих сил торсионов 8, преодолевая моменты сил трения подшипников скольжения 4. При этом между маятниками 3 и тележкой 1 возникает силовое взаимодействие, которое вынуждает тележку I совершать поступательные колебательные движения по неподвижной поверхности.

Результатом демонстрации закона движения центра масс является опытное установление зависимости переносного движения тележки от отноoèòåëüíîãî движения маятников 3 при разных частотах кх колебаний, изменяемых с помощью упругих элементов н путем изменения углов наклона

95373 2 опоры 2 к продольной оси тележки 1.

При этом результаты наблюдений сопоставляются с теоретически предсказываемым результатом, определяемым у равнением:

Х „=Х t (L4 сов (. ts;nu)bosk, 2ю / 2 м 2е

I где Х - ускорение движения центра

10 масс;

Х вЂ” ускорение переносного движения тележки I; Y Y 9 — угол отклонения, угловая скорость и угловое ускоI$ рение маятников 3;

- длина маятников 3;

Ы - угол между плоскостью колебательного движения маятников 3 и продольной

26 осью тележки 1; .М - масса .тележки I

m - масса одного маятника.

В первом приближении наблюдаемое движение тележки 1 (Кононенко В,О.

25 Колебательные системы с ограниченным возбуждением. — М.: "Наука", !964, с. 51-59)можно представить как гармоническое колебание с медленно изменяющейся амплитудой, которая при стационарном колебании маятников

3 пропорциональна квадрату угловой частоты этих колебаний. Изменение частоты колебаний маятников 3 в приборе производится посредством изменения угла наклона опоры 2 к продольной оси тележки 1 и посредствам моментов упругих сил закручивания торсионов 8, передаваемых маятниками 3 с помощью зажимов !3

4О поводков 12, закрепленных на фланцах 9, к которым прикреплены концы торсионов 8. Изменение моментов упругих сил закручивания торсионов производится путем изменения их натяжения, производимого с помощью регулировочных винтов 14 и плоских пружин 7, к которым прикреплены свободные концы торсионов 8.

При использовании известного способа изменения частоты колебаний маятников 3 изменением угла наклона плоскости их колебаний (плоскости опоры 2) к продольной оси тележки 1 изменение частоты колебаний маятИ ников 3 практически не влияет на амплитуду колебательных движений тележки 1, поскольку при увеличении,. например, частоты колебаний маятни3 1 ков 3 путем увеличения угла наклона опоры 2 к продольной оси тележки 1 происходит уменьшение проекции сил, действующих на тележку 1 вдоль горизонтальной плоскости неподвижной поверхности. Проекция этих сил на направление движения тележки 1 увеличивается только при уменьшении угла наклона опоры 2, однако в этом случае уменьшается и.частота колебаний маятников 3, которая при нулевом угле наклона становится равной нулю.

Вследствие наличия моментов сопротивления сил трения подшипников скольжения 4 минимально допустимый угол наклона опоры 2 не может быть установлен равным нулю. Конечное значе» ние его, при котором .маятники 3 практически прекращают колебательное движение, определяются из условия равенства моментов проекции силы тяжести на плоскость опоры 2 моментам сопротивления сил трения подшипников скольжения 4. Опыты по изменению частоты колебаний маятников

3 и изменению амплитуды колебательных движений тележки 1 посредством изменения угла наклона опоры 2 в предлагаемом приборе проводятся при незакрепленных зажимах 13 поводков

12 на маятниках 3 (при неподключенных торсионах).

:Значительные и легко наблюдаемые йри демонстрации знаМений амплитуды колебаний тележки 1 получают путем подключения торсионов 8 при закреп.лении sàìèìîâ 13 поводков 12

95373

4 на маятниках 3. В этом случае частота колебаний маятников 3 резко возрастает и в зависимости от вели- чины крутильной жесткости торсионов

8 и степени их натяжения с помощью плоских пружин 7 и регулировочных винтов 14 может устанавливаться в несколько раэ большей, чем частота колебаний маятников 3 под

1б действием только проекции силы тяжести при заданном угле наклона опоры 2. Амплитуда колебаний поступательного перемещения тележки l за единицу времени возрастает при этом пропорционально квадрату величины частоты. Например, при увеличе нии частоты колебанйй маятников 3 за счет подключения торсионов 8 в

3,3 раза угловое ускорение увеличи2О вается примерно в десять раз и во столько же раз увеличивается и ам-, плитуда ускорения колебательных перемещений тележки l..Ïðè этом демонстрируемое циклическое пере25 мещение тележки .1 за единицу време ни увеличивается также примерно на порядок. Такое увеличение перемеще ния талежкн 1 очевидно с достаточно высокой точностью сопоставимо с пере.

Зо мещением тележки предыдущего опыта, когда маятники 3 не соединены с помощью зажимов 13 поводков 12 с торсионами 8 и совершают колебания только под действием. проекции силы тяжести на плоскость опоры 2 при

35 заданном угле ее наклона к продольной оси тележки 1.

ll95373

Фиг. 2

Составитель А.Баранов

Редактор Л.Пчелинская .ТехредЛ.Мартяшова Корректор,М.Демчик !

Заказ 74! 7/54 . Тирах 45l Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Увгород,ул.Проектная, 4