Прибор для демонстрации ударных явлений

 

Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике и направлено на повышение наглядности демонстрации и расширение диапазона решаемых задач.Один из грузов установлен с возможностью перемещения по наклонному желобу', поверхность которого выполнена по дуге окружности, центр которой находится в точке .подвеса второго груза, а радиус R выбирается из выражения R = I + п + rasin а, где I -длина подвеса; ri - радиус подвешенного груза; Г2 - радиус скатывающегося груза; аугол между прямой линией, соединяющей точки соприкосновения первого груза с боковинами желоба и его радиусом, После соударения шаров замеряют скорость отклонения подвешенного груза посредством датчика и по известной формуле определяют коэффициент восстановления при центральном ударе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.СОсИзобретение относится к учебным материалам по теоретической механике и физике, а именно к демонстрационным моделям, применяемым в учебном процессе для наглядной иллюстрации различных законов механики.Известен прибор, с помощью которого можно продемонстрировать'явление удара. Шар, скатываясь по наклонной плоскости, ударяется о неподвижную преграду.Однако при использовании этого прибог^ ра не могут быть получены качественные характеристики явления удара, т.е. область применения'известного прибора слишком узка.Более целесообразно для демонстрации ударных явле^4йй применять прибор, содержащий два груза шаровидной формы, подвешенные на нитях. Первый шар отклоняют на угол а и отпускают без начальной скорости. После удара второй шар отклоня-ется на угол j8 . Прибор позволяет определить коэффициент восстановления при центральном ударе.Основной недостаток известного прибора заключается в низком качестве демонстраций опыта, а именно в трудности обеспечения центрального удара. При демонстрации возможно неточное отклонение шара (смещение его в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа), вследствие чего движение шаров происходит в разных плоскостях, т.е. центральный удар не будет обеспечен. Искаженная картина может произойти также вследствие закручивания связки, выполненной в виде нити. Но даже при исключении указанных недостатков, после нескольких соударений' (по истечении некоторого промежутка времени) происходит провисание нитей, а следовательно, происходит смещение центров масс грузов, т.е. удар опять будет на центральном.!ю1Юел ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 09 В 23/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4806122/12 (22) 22.12.89 (46) 15.02.92. Бюл. М 6 (71) Краматорский индустриальный институт (72) Е.Г.Водолазская, Ю.А.Ерфорт, М.П.Богдан и В.Г.Федорченко (53) 371.66 (088.8) (56) Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М.: 1986, с.403. (54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ УДАРНЫХ ЯВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике и направлено на повышение наглядности демонстрации и расширение диапазона решаемых задач.

Изобретение относится к учебным материалам по теоретической механике и физике, а именно к демонстрационным моделям, применяемым в учебном процессе для наглядной иллюстрации различных законов механики.

Известен прибор, с помощью которого можно продемонстрировать явление удара.

Шар, скатываясь по наклонной плоскости, ударяется о неподвижную преграду, Однако при использовании этого прибо-. ра не могут быть получены качественные характеристики явления удара, т,е. область применения известного прибора слишком узка. . Более целесообразно для демонстрации ударных явлений применять прибор, содержащий два груза шаровидной формы, подвешенные на нитях. Первый шар отклоняют на угол а и отпускают без начальной скорости. После удара второй шар отклоня„„533 „„1712955 А1

Один из грузов установлен с возможностью перемещения по наклонному желобу, поверхность которого выполнена по дуге окружности, центр которой находится в точке ,подвеса второго груза, а радиус R выбирается из выражения R = I + r> + г2з п а, где I —; г1 — радиус подвешенного груза; г2 — радиус скатывающегося груза; а- угол между прямой линией, соединяющей точки соприкосновения первого груза с боковинами желоба и его радиусом, После соударения шаров замеряют скорость отклонения подвешенного груза посредством датчика и по известной формуле определяют коэффициент восстановления при центральном ударе, 1 з.п. ф-лы, 3 ил, ется на угол P . Прибор позволяет определить коэффициент восстановления при центральном ударе.

Основной недостаток известного прибора заключается в низком качестве демонй страций опыта, а именно в трудности обеспечения центрального удара. При де Ф Ъ монстрации возможно неточное отклонение ьр шара(смещение его в направлении, перпен- . Q1 дикулярном плоскости чертежа), вследствие . Ql чего движение шаров происходит в разных плсскостяк, т.е. централкныи удар не будет ),Е обеспечен. Искаженная картина может произойти также вследствие закручивания связки, выполненной в виде нити. Но даже при исключении указанных недостатков, после нескольких соударений (по истечении некоторого промежутка времени) происходит провисание нитей, а следовательно, происходит смещение центров масс грузов, т;е. удар опять будет на центральном.

1712955

Кроме того, определенные трудности заключаются в регистрации отклонения шаров до и после удара. И наконец, известный прибор не позволяет проследить изменение коэффициента восстановления в зависимости от массы и материалов соударяемых шаров, а также определить скорость их до и после соударения, т.е. имеет весьма узкую область применения при недостаточной наглядности демонстрации.

Целью изобретения является повышение наглядности и расширение диапазона решаемых задач.

Поставленная цель достигается тем, что второй груз установлен с возможностью перемещения по наклонному желобу, поверхность которого выполнена по дуге окружности с центром в точке подвеса первого груза, радиус R определяется выражением

R = + г1+ г2$!и Q, где I — длина связки; г1 — радиус пОдвешенного груза; rz — радиус второго груза, а— угол между прямой, соединяющей точки соприкосновения второго груза с боковинами наклонного желоба и его радиусом; при этом подвешенный груз. установлен с возможностью перемещения вдоль связки, выполненной в виде тонкого стержня, который снабжен регистрирующим скорость его отклонения устройством.

Установка второго груза.в направляющих с возможностью перемещения вдоль наклонного желоба йсключает возможность движения шаров в разных плоскостях, т.е. повышает наглядность за счет безусловного обеспечения центрального удара. Основное преимущество заключается в выполнении наклонного желоба по дуге окружности, центр которой находится в точке подвеса первого груза, а радиус R определяется соотношением R = I + г1 + raisin а ..

Такая конструкция наклонного желоба позволяет обеспечить точное центральное соударение шаров. Кроме того, отсутствие связки при втором грузе исключает недостатки, присущие нити (закручивание, провисание) что в конечном .результате приведет к повышению наглядности. Выполнение наклонного желоба по дуге окружности указанного радиуса позволяет производить смену второго груза, изменяя его размеры и материал, а также исключить воэможность неточного скатывания по плоскости. При этом имеется возможность выставить первый груз (перемещая его вдоль связки, выполненной в виде стержня) таким образом, чтобы выполнялось условие R = I+

+ r1 + г э!и а, что приведет к расширению диапазона решаемых задач (можно определить коэффициенты восстановления при со- .

5 ударении тел, изготовленных из различных материалов). И наконец, снабжение прибора регистрирующим устройством позволяет с требуемой точностью замерить угол отклонения (а одновременно и скорость после

10 удара) первого шара, а следовательно, более качественно и наглядно проде-, монстрировать опыт, а в дальнейшем с достаточной точностью определять коэффициент восстановления, 15 Ряд перечисленных признаков прибора известен. Например, установка груза в верхней части наклонного желоба с возможностью перемещения вдоль этого желоба.

Однако такая установка шара с целью де20 монстрации ударных явлений ранее не производилась.

Неизвестно применение наклонного желоба, выполненного по дуге окружности, центр которой находится в точке подвеса

25 одного из соударяемых грузов, а радиус R определяется из соотношения R = I + r1 +

+ raisin а, что в целом приводит к повышению наглядности демонстрации ударных явлений.

30 Известна конструкция математического маятника, кода груз установлен на связке в виде тонкого стержня. Известны также случаи перемещения груза вдоль стержня.

Однако в данном случае известный при35 знак выступает в новом качестве, а именно перемещение шара вдоль связки позволяет обеспечить центральный удар двух тел, что применено впервые.

На фиг,1 представлен прибор для де40 монстрации ударных явлений (без одной из стоек 14), общий вид; на фиг.2 — вид А на фиг,1; на фиг.3 — схема расположения груза в желобе„

Прибор для демонстрации ударных яв45 лений содержит два груза шаровидной формы (фиг.1). Груз 1 с помощью связки 2 соединен с неподвижной точкой 3 подвеса, а второй груз 4 установлен с возможностью перемещения по наклонному желобу, боко50 вины б которого выполнены по дуге окружности, центр которой находится в точке 3 подвеса первого груза 1, а радиус R определяется выражением

R = + r1+ ггз!и а,.

55 где I — сидлина связки 2;

r1 — радиус подвешенного груза 1; гг — радиус груза 4, При этом подвешенный груз установлен с возможностью перемещения вдоль связ1712955

50

55 ки, Перемещение осуществляется с помощью фиксатора 7 и микрометрического винта 8 вдоль связки-стержня 2, который снабжен регистрирующим устройством 9 с датчиком 10. Второй груз в начальном поло- 5 жении удерживается прижимом 11, имеет возможность перемещения по желобу, а после соударения поступает в приемный бчнкер 12, выполненный в установочной плите

13, на которой размещены монтажные стой- 10 ки 14 с ребрами 15 жесткости.

Цикл работы осуществляют следующим образом.

Груз 1 с помощью микрометрического винта 8 выставляют в зависимости от ради- 15 уса груза 4 таким образом, чтобы выполнялось соотношение R = I + г + raisin а .

Отпуская прижим 11, освобождают груз 4, который перемещается по желобу 5 (фиг.3).

При этом шар касается боковин желоба в 20 двух точках, обеспечивая устойчивое перемещение. Такой вид желоба позволяет производить смену грузов 2, т,е. использовать шары разного диаметра, Далее груз 2 (т.е., шар) ударяется о груз 1 со скоростью vz, 25 которая фиксируется датчиком 10 регистрирующего устройства 9. Происходит центральный удар двух тел. Скорость v> груза 1 после удара также фиксируется регистрирующим устройством 9. По известной форму- 30 ле может быть вычислен коэффициент восстановления (м +мг) „, Мг vz 35 где М > и Mz- соответственно массы первого и второго грузов, Массы грузов при проведении лабораторных работ студенты вычисляют, зная 40 объем шаров и удельную массу материалов шаров, Использование прибора для демонстрации ударных явлений позволит повысить наглядность и расширить диапазоны решаемых задач.

Кроме того, предлагаемый прибор может быть использован в качестве лабораторной установки при определении коэффициента восстановления при центральном ударе, что способствует развитию у студентов интереса к изучению темы: "Теория удара", т.е. повышению эффективности учебного процесса за счет более полного усвоения учебного материала, Формула изобретения

1. Прибор для демонстрации ударны, явлений, содержащий два груза шаровидной формы, один из которых с помощью связки соединен с неподвижной точкой подвеса, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности, второй груз установлен с возможностью перемещения по наклонному желобу, поверхность которого выполнена по,дуге окружности, центр которой находится в точке.подвеса первого груза, а радиус R определяется выражением:

R = I+ г + raisin a, где! — длина связки; ri— радиус подвешенного груза; rz — радиус второго груза; а — угол между прямой, соединяющей точки соприкосновения вто то груза с боковинами наклонного желоба и его радиусом.

2. Прибор по и. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач, подвешенный груз установлен с возможностью перемещения вдоль связки, выполненной в виде тонкого стержня, который снабжен регистрирующим скорость его отклонения устройством.

14 фиг 1

1712955

Составитель Е,Водолзская

Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Редактор С.Лисина

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

Заказ 537 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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