Устройство для демонстрации фигур лиссажу

 

Изобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть широко использовано в ряде лекционных наглядных экспериментов, таких, например, как оптическая запись колебаний, сложение колебаний, развертка колебаний и т.д. Цель изобретения - повышение демонстрационной наглядности и надежности. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для демонстрации колебательных процессов на экране снабжено вторым аналогичным магнитоэлектрическим измерительным механизмом. При этом каждый магнитоэлектрический механизм выполнен в виде прямоугольной рамки, ось которой с двух сторон закреплена жестко. В качестве токовводов рамки используют спиральные пружины равного противонаправленного действия, расположенные на противоположных концах оси рамки. В зазоре постоянного магнита размещен разомкнутый башмак, выполненный из магнитопроводящего материала и соединенный через изолятор неподвижным цилиндрическим статором, в котором выполнено углубление для зеркальца, закрепленного посредине рамки и соосно с ее осью. При этом оба измерительных механизма на общем основании и расположены таким образом, что оси вращения их зеркалец лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях, а расстояние между ними такое, что сканирующий луч одного зеркальца не выходит за пределы размеров другого зеркальца. Кроме того, перед одним из измерительных механизмов установлены две диафрагмы. При этом устройство установлено на подвижном штативе с основанием, а его кожух выполнен из прозрачного материала с входным и выходным отверстиями для проходящего света излучения лазера, причем к одной рамке одного из магнитоэлектрических измерительных механизмов через разделительные емкости подключен источник переменного тока, а к другой - генератор звуковой частоты. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ дц 4 0 09 В 23/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

По ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ", .—

К А 8TOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 ) 4391193/31-12 (22) 10.03,88 (46) 15.12,89. Вюл. ¹ 46 (71) МГУ им. N.Â. Ломоносова (72) М.Г. Вабищевич, В,В. Корчажкин, Т.LI. Мусаев и М.В. Семенов (53) 53.05 ° (088.8) (56) Лекционные демонстрации по физике/Под ред, проф. B.È. Ивероновой, Изд. 2-e N., 1972, с. 452-453. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ

ФИГУР ЛИССАЖУ

2 (57) Изобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть широко использовано в ряде лекционных наглядных экспериментов, таких например, как оптическая запись колебаний, сложение колебаний, развертка колебаний и т.д. Цель изобретения — повышение демонстрационной наглядности и надежности. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для демонстрации колебательных процессов

1529274

40 на экране снабжено вторым аналогичным магнитоэлектрическим измерительным механизмом, При этом каждый магнитоэлектрическмй механизм выполнен в виде прямоугольнои. рамки, ось кото5 рой с двух сторон закреплена жестко.

В качестве токовводов рамки используют спиральные пружины равного противонаправленного действия, расположенные на противоположных концах оси рамки. В зазоре постоянного магнита размещен разомкнутый башмак, выполненный из магнитопроводящего материала и соединенный через изолятор неподвижным цилиндрическим статором в котором выполнено углубление для зеркальца, закрепленного посреди— не рамки и соосно с ее осью. При этом оба измерительных механизма установлены на общем основании и расположеИзобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть использовано в лекционных наглядных экспериментах, таких как оптическая 30 запись колебаний, сложение колебаний и т.д.

Целью изобретения является повышение демонстрационной наглядности, повышение надежности.

На фиг.1 приведена схема отдель—

35 ных элементов магнитоэлектрического измерительного механизма; на фиг.2 магнитоэлектрический механизм, разрез; на фиг.3 — схема устройства, Устройство для демонстрации коле бательных проиессов (фиг,1) содер жит прямоугольную рамку 1 с витками провода, обтекаемого током, отража тельное зеркальце 2, закрепленное

45 посредине рамки 1, ось 3 рамки 1, к которой прикреплены две спиральные ,пружины 4 равного противонаправлен,ного действия, неподвижный статор 5 магнитоэлектрического измерительного

50 механизма, в котором выполнено несквозное отверстие, куда помещено отражательное зеркальце 2, два игольчатых упорных подшипников 6, держа:щие ось 3 рамки 1, клеммы 7 для подключения исследуемого сигнала, 55

Магнитоэлектрический механизм (фиг,2) содержит магнитоизолятор 8 ,для крепления статора 5, магнитопроны таким образом, что оси вращения их зеркалец лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях, а расстояние между ними такое, что сканирующий луч одного зеркальца не выходит за пределы размеров другого зеркальца.

Кроме того, перед одним из измерительных механизмов установлены две диафрагмы. При этом устройство установлено на подвижном штативе с основанием, а его кожух выполнен из прозрачного материала с входным и выходным отверстиями для проходящего света излучения лазера, причем к одной рамке одного из магнитоэлектрических измерительных механизмов через разделительные емкости подключен источник переменного тока, а к другой— генератор звуковой частоты. 2 з.п. ф лы 3 ил, водящий неподвижный башмак 9, который имеет разрыв в середине и закреплен неподвижно с кольцеобразным постоянным магнитом 10, луч 11 лазера падает на отражающее зеркальце 2.

Устройство для демонстрации колебательных процессов (фиг.3) содержит конденсаторы 12 и 13, служащие для выбора амплитуды колебаний зеркала 2, подключенные к клеммам 7 магнитоэлектрических механизмов, которые имеют входные клеммы 14 и 15 для под— ключения источника сигналов, например, сети напряжением 220 В и частотой 50 Гц, клеммы 16 и 17 аналогичного магнитоэлектрического механизма для подключения источника сигналов, например генератора низкой частоты, источник 18 света (лазер), две диафрагмы 19 и 20 для правильного ввода луча лазера в прибор и юстировки и экран 21, на котором демонстрируют исследуемые процессы (потолок, стена и т.д.), прозрачный защитный кожух

22 с входным 23 и выходным 24 отверстиями, Устройство для демонстрации колебательных процессов работает следующим образом.

При подключении магнитоэлектрических измерительных механизмов к источникам исследуемых сигналов, например, для получения фигур Лиссажу на клеммы 14 и 15 подается напряжение 220 В

1529274

55 с частотой 50 Гц, а на клеммы 16 и

17 подается напряжение от генератора низкой частоты, диапазон частот которого может изменяться от 10 до 50 Гц, а амплитуда напряжения от 0,1 до 10 В, что вполне достаточно для сложения этих колебаний с колебаниями 50 Гц.

Спиральные пружины 4, служащие одновременно токовводами 7, выполнены жесткими для устранения нежелательных резонансных явлений, возникающих в них в рабочем диапазоне частот.

Увеличение жесткости пружин 4 практически не сказывается на размере колебаний рамки, поскольку на используемых звуковых частотах (10-50 Гц) амплитуда обратно пропорциональна квадрату частоты колебаний и ограничивается в основном лишь инерционностью рамки 1 с зеркалом 2. В связи с этим для поддержания заданного размера фигур Лиссажу при увеличении частоты необходимо увеличивать и амплитуду сигнала, подаваемого на рамку от звукового генератора.

Затем луч 11 от источника 18 света, например оптического квантового генератора видимого диапазона, направляется на отражательное зеркальце 2 через диафрагмы 19 и 20, которые юстируют всю оптическую систему.

Отразившись от зеркальца 2, луч 11 начинает сканировать в горизонтальной плоскости с подводимой частотой, например 50 Гц, и направляется на зеркальце 2 другой аналогичной магнитоэлектрической системы, установленной на таком расстоянии между своими зеркальцами 2, чтобы сканирующий луч не выходил за пределеы размеров квадратного зеркальца 2.

Сканирующие лучи света, попадая на подвижное отражательное зеркальце 2 другой аналогичной магнитоэлектрической системы и отразившись от него, в результате сложения колебаний, образуют наглядную картину фигур Лиссажу на экране 21. Отражательное зеркальце 2, где происходит сложение колебаний, совершает колебания относительно своей оси 3 в вертикальной плоскости. Поскольку механическая связь между горизонтальной и вертикальной отклоняющими элементами отсутствует и степень их влияния друг на друга ничтожна, качество получаемых фигур Лиссажу очень высоко.

Из-за жесткой .конструкции расположение магнитоэлектрических механизмов в любом направлении пространства не сказывается на качестве их работы, что дает возможность применять их в демонстрациях по теплоте, оптике, электричеству и т.д.

Магнитоэлектрические механизмы имеют также возможность рейтирования рамок и механической коррекции "нуля", что позволяет их использовать для исследования колебательных процессов, а также в роли вспомогательных приборов для демонстрации других экспериментов, таких как распространение тепла в стержне, запись колебаний и т.д.

Корпус прибора выполнен прозрачным и съемным для удобства визуальной юстировки устройства и имеет входное и выходное отверстия для светового луча, который проходит дополнительно через центры диафрагм

18 и 19, попадая тем самым в центры зеркалец.

Таким образом, изобретение позволяет значительно повысить демонстрационную наглядность, надежность и стабильность работы, упростить конструкцию и получить возможность одновременной демонстрации фигур Лиссажу.

Формула изобретения

1. Устройство для демонстрации фигур Лиссажу, содержащее источник света, измерительный механизм с зеркальцем, подключенный к источнику переменного тока и выполненный в виде постоянного магнита, в зазор которого помещена рамка с витками, диафрагму, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения демонстрационной наглядности и надежности устройства, оно снабжено расположенным на общем основании вторым аналогичным измерительным механизмом, статором, второй диафрагмой, причем диафрагмы установлены перед одним из измерительных механизмов, при этом в каждом измерительном механизме ось рамки с двух сторон закреплена посредством упоров с возможностью ее колебаний, в зазоре постоянного магнита расположен башмак, выполненный из магнитопроводящего материала, и соединенный через изолятор со статором, в котором выполнено углубление для зеркаль1529274

2. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве источника переменного тока одного из измерительных механизмов используют генератор. звуковой частоты. а, закрепленного посредине рамки и оосно с ее осью, токовводами рамки

ЮЦ и/

Составитель Л,Прохорова

Техред А.Кравчук Корректор Г1. Шароши

Редактор М, Циткина

3аказ 7646/47 Тираж 469 Подписное

НЯИИПЯ ". осу .арст.«<.нн г,> комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

I13033, .1осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.!рл.звон< твеIIH0 — издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

s вляются дополнительно введенные

<пиральные пружины равного противоаправленного действия, соединенные концами витков рамки и расположеные на противоположных концах ее оси, три этом оба измерительных механизма асположены так, что оси вращения их 10

: еркалец лежат во взаимно перпендику— ярных плоскостях, луч одного зеркальа не выхЬдит за пределы размеров ругого зеркальца.

3. Устройство по п,l, о т л и ч аю щ е е с я тем, что основание установлено на дополнительно введенном подвижном штативе, а также снабжено кожухом из прозрачного материала с отверстиями для проходящего света излучения,