Учебный прибор для демонстрации распределения скоростей точек тела при плоском движении

 

Изобретение относится к учебным демонстрационным приборам по физике и может быть использовано для демонстрации изменения величин и направлений вектора скорости и радиуса-вектора точек тела, совершающего плоское движение, при изучении курса "Теоретическая механика", раздел "Кинематика" в высших и средних учебных заведениях. Цель изобретения - повышение наглядности, расширение дидактических и демонстрационных возможностей. Учебный прибор содержит планетарный механизм в виде неподвижного зубчатого колеса, сателлита 15 и водила 13 и устройство 22 отображения изменения вектора скорости и радиуса вектора исследуемой точки. Привод механизма ручной и включает две пары зубчатых передач, одна из которых 11, 12 служит для вращения водила 13, а вторая зубчатая передача 16, 17 - для вращения вала 19 с кривошипом 18. Устройство 22 отображения включает корпус, жестко связанный с наружной осью, которая шарнирно установлена на сателлите 15 в исследуемой точке, и упругие ленточные указатели, подпружиненные на внутренней оси корпуса устройства 22 и выдвигающиеся из корпуса под углом 90° друг к другу. Один указатель 27 предназначен для демонстрации вектора скорости, а другой - для демонстрации радиуса-вектора. Свободный конец второго указателя связан с поводком 29, шарнирно соединенным с кривошипом 18, причем торец поводка 29 демонстрирует мгновенный центр скоростей. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1548807

А1 (51) 5 Г п9 В 23/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4427122/31-12 (22) 17,05,88 (46) 07.03,90, Бюл, У 9 (71) Всесоюзное специализированное научно-производственное объединение

"Союзвузприбор" (72) В,М, Пальмихин (53) 531.396(088.8) (56) Демонстрационные приборы по теоретической механике/Под ред. проф.

Н.В. Бутенина. — Л.: Военный инженерный Краснознаменный институт им.,А.Ф. Можайского, 1980, с. 17-19.

2 (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ТОЧЕК ТЕЛА

ПРИ ПЛОСКОМ ДВИЖЕНИИ (57) Изобретение относится к учебным демонстрационным приборам по физике и может быть использовано для демонстрации изменения величин и направлений вектора скорости и радиуса-вектора точек тела, совершающего плоское движение, при изучении курса "Теоретическая, механика", раздел "Кинематика" в высших и средних учебных заведениях, Цель изобретения — повы1548807 шение наглядности, расширение дидактических и демонстрационных возможностей. Учебный прибор содержит планетарный механизм в виде неподвижного

5 зубчатого колеса, сателлита 15 и водила 13 и устройство 22 отображения изменения вектора скорости и радиуса" вектора исследуемой точки. Привод механизма ручной и включает две пары зубчатых передач, одна из которых Il

12 служит для вращения водила 13, а вторая зуочатая передача 16, 17для вращения вала 19 с кривошипом 18.

Устроиство 22 отображения включает корпус, жестко связанный с наружной

Изобретение относится к учебным демонстрационным приборам по физике и может быть использовано для демонстрации изменения величин и направлений вектора скорости и радиуса-вектора точек тела, совершающего плоское 25 движепие, при изучении курса "Теоретическая механика", раздел 1 Кинематика" в высших и средних учебных заведениях.

Целью изобретения является повьппение наглядности, расширение дидактических и демонстрационных воэможностеиo

На фиг. 1 изображен учебный прибор для демонстрации распределения ско35 ростей точек тела при плоском движении, вид спереди; на фиг.2 — то же, вид сбоку в разрезе; на фиг. 3 узел I на фиг.1; на фиг. 4 — то же, вид сбоку; на фиг, 5 — разрез А-А на фиг.4; на фиг, 6 — разрез Б-Б на фиг.4; на фиг„7 — разрез В-В на фиг,5. на фиг. 8 — вид Г на фиг,7.

Учебный прибор для демонстрации распределения скоростей точек тела при плоском движении представляет собой планетарный механизм с внешним зацеппением и включает в свой состав корпус с задней панелью 2 и прозрачным экраном 3 с нанесенными на . нем траекторией движения исследуемой точки — энициклоидой 4, траекторией движения мгновенного центра скоростей — центроидой 5, графическими изображениями ромежуточных (случайных)

55 положений радиуса — векторами 6 и 7 и векторами 8 и 9 скорости исследуемой точки. Экран 3 установлен с лицевой стороны корпуса 1. осью 24, которая шарнирно установлена на сателлите 15 в исследуемой точке, и упругие ленточные указатели, подпружиненные на внутренней оси корпуса устройства 22 и выдвигающиеся иэ корпуса под углом 90 друг к другу.

Один указатель предназначен для демонстрации вектора скорости, а другой — для демонстрации радиуса-вектора. Свободный конец второго указателя связан с поводком 29, шарнирно соединенным с кривошипом 18, причем торец поводка 29 демонстрирует мгновенный центр скоростей. 1 з.п, ф-лы, ил е

Привод механизма ручной и включает силовую панель 10 две пары зубчатых передач с одинаковым передаточным отношением,> одна из которых 11 и 12 служит для вращения водила 13, .шарнирно соединенного с осью 14 сателлита 15.

Вторая зубчатая передача 16 и 17 служит для вращения кривошипа 18 через вал 19, с которым жестко связаны ведомое зубчатое колесо-17 и кривошип 18.

Неподвижное зубчатое колесо 20 жестко связано с силовой панелью 10 посредством втулки 21.

Устройство 22 отображения изменения вектора скорости и радиуса-вектора включает корпус 23, жестко связанный с наружной осью 24, заводную плоскую пружину 25, внутренний конец которой защемлен на оси 26, жестко закрепленной в корпусе, а наружний конец механически связан с двумя профилированными по длине для придания жесткости упругими ленточными указателями 27 и 28, желобообразного профи" ля, которые под действием плоской пружины втягиваются вовнутрь корпуса устройства и вместе накручиваются на прулжну, причем указатели имеют приблизительно равную длину и по пазам

О выходят из корпуса под углом 90 друг ! к другу. Один из указателей 27 заканчивается стрелкой и предназначен для демонстрации вектора скорости. Второй указатель 28, предназначенный для демонстрации радиуса-вектора свободным концом жестко связан с поводком 29, шарнирно соединенным с кривошипом 18, причем торец поводка 29 демонстрирует мгновенный центр скоростей, так как

1548807 кривошипы 18 и водило !3 параллельны друг другу, а расстояние между осями поводка 29 и вала 19 равно радиусу неподвижного зубчатого колеса 20.

Корпус 23 устройства 22 имеет удлиненную направляющую часть, из которой выходит указатель радиуса-вектора 28, находящийся под действием плоской пружины 25, что обеспечивает необходимую ориентацию устройства 22, шарнирно соединенного наружной осью

24 с сателлитом 15 в исследуемой точке, что в свою очередь обеспечивает правильную ориентацию в плоскости вектора скорости 27 и радиуса-вектора 28.

На корпусе 23 содержатся следующие графические изображения: контрастная точка 30, демонстрирующая исследуемую точку сателлита 15, и две риски 31 и 32, демонстрирующие начала вектора скорости и радиусавектора соответственно.

Устройство 22 закрывается крышкой

33, жестко связанной с осью 24, шарнирно соединенной с сателлитом 15, Кроме того, прибор снабжен стрелкой 34, закрепленной на оси сателлита 15, указывающей направление вращения центра сателлита 15, Прибор работает следующим образом, При вращении рукоятки приводного механизма обе пары его зубчатых передач обеспечивают синхронное вращение параллельных водила 13 и кривошипа 18

При этом сателлит 15 обкатывается по неподвижному зубчатому колесу 20, исследуемая точка 30 (наружная ось

24)., описывает изображенную на прозрачном экране 3 эпициклоиду 4, а мгновенный центр скоростей (ось поводка 29) — центроиду 5.

° /

При изменении положения точки 30

1 наружная ось 24 относительно точки положения оси поводка 29 изменяется расстояние между этими точками, а следовательно, и длина радиуса †вектора. При уменьшении длины радиусавектора указатель 28 втягивается вовнутрь устройства 22 под действием усилия плоской пружины 25 и синхронно втягивать за собой указатель 27 вектора скорости, так как оба указателя намотаны на одну и ту же плоскую пружину и соединены с ней в одной ! точке, При увеличении длины радиуса.сектора указатель 28 вытягивает из

5 !

Î !

2О

ЗО

45 корпуса указатель вектора скорости, преодолевая усилие пружи гы 25, Таким образом, за время полного цикла (3 оборота сателлита 15 вокруг неподвижного колеса при соотношении их диаметров 1/3) длина радиуса-вектора, а следовательно, и вектора скорости меняется от своего максимального значения (фиг.! и 2), когда исследуемая точка 30 находится на максимальном расстоянии от мгновенного центра скоростей (проекция оси поводка 29) до своего минимального значения при сближении этих точек, Устройство 22 обеспечивает не только изменение длины указателя 27 (вектора скорости) и указателя 28 (радиуса-вектора), но и необходимую их ориентацию во время движения, так как указат чь радиуса-вектора, находясь в напряженном состоянии, под действием плоской пружины 25 ориентирует корпус 23 устройства 22, а с ним и указатель вектора 27 скорости в нужном направлении в любой точке траектории, Отсутствие провисания указателя вектора скорости обеспечивается упругостью спрофилированной по длине ленты.

Формула и з о б р е т е н и я

1, Учебный прибор для демонстрации распределения скоростей точек тела при плоском движении, включающий планетарный механизм в виде находящихся во внешнем зацеплении зубчатых неподвижного колеса и сателлита и водила, кинематически связанного с приводным механизмом, и устройство отображения измеиения вектора скорости и радиуса вектора в виде стрелочных указателей, шарнирно установленное на сателлите в исследуемой точке, о т л и ч а ю—

m и и с я тем, что, с целью повьппения наглядности, расширения дидактических и демонстрационных возможностей, он содержит вал, кинематически связанный с приводным механизмом, установленный по оси неподвижного колеса с возможностью вращения с угловой скоростью водила, кривошип, жестко соединенный с валом и параллельный водилу., а устройство отображения изменения векторов имеет корпус, в котором выполнены взаимно перпендикулярные направляющие пазы, плоскую пружину, закрепленную в корпусе, с концом которой соединены указатели, выполненные в виде упругих в попереч7 1548807 8 ном направлении лент, пропущеннык че- держит экран из оптически прозрачнорез пазы в корпусе, при этом конец pp- ro материала, устаиовленный с внешного из указателей соединен шарнирно ней стороны по отношению к устройстс кривошипом на расстоянии от оси

5 ву отображения изменения векторов, вала, равном радиусу неподвижного при этом на экран нанесены графическолеса. кие изображения траекторий движения

2. учебный прибор по и, ) о т исследуемой точки и мгновенного центл и ч а ю ц1 и и с я тем, что он со- ра скоростей.

1548807

1548807

Составитель О. Кроитор

Редактор Н. Лазаренко Техред N.Äèäûê Корректор В, Кабаций

Заказ 143

Тираж 386

Подписное

ВНЫИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101