Прибор для изучения сложения гармонических колебаний

 

Использование: изобретение относится к области физики и может быть использовано в учебных целях для демонстрации и изучения сложения одинаково направленных и взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Сущность изобретения: состоит из двух маятников, представляющих собой платформу с лентопротяжным механизмом, колеблющуюся на бифилярном подвесе, и писчик (например воронка с песком или жидкостью) на бифилярном подвесе. Неподвижные концы бифилярных подвесов прикреплены к горизонтальным опорам, одна из которых закреплена жестко, а другая - шарнирно с возможностью фиксации под углом 0 или 90 градусов к первой. Для изменения периодов колебаний маятников (частоты) на вертикальных стойках укреплены ограничители длины маятников. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано в учебных целях для демонстрации и изучения сложения одинаково направленных и взаимно перпендикулярных гармонических колебаний.

Известно устройство для демонстрации сложения двух одинаково направленных колебаний, выполненное в виде двойного маятника, состоящего из тела большой массы, подвешенного к опоре в виде маятника, и другого тела меньшей массы в виде маятника с таким же направлением колебаний, подвешенного к первому телу [1] Недостатком этого устройства является влияние колебаний одного тела на колебания другого, что приводит к нарушению независимости колебаний, получению удовлетворительной наглядности только при сложении однонаправленных колебаний.

Целью изобретения является повышение наглядности, диапазона решаемых задач путем осуществления сложения как одинаково направленных так и взаимно перпендикулярных независимых колебаний различной частоты.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом приборе для изучения сложения гаpмонических колебаний, состоящем из двух маятников, подвешенных к разным опорам, и устройства записи, неподвижные концы маятников крепятся к горизонтальным опорам, одна из которых закреплена жестко, а другая шарнирно с возможностью фиксации под углом 0 и 90^o к первой, на подвижном конце одного маятника установлен писчик (например, воpонка с песком), а на другом горизонтально расположенная платформа.

Платформа оборудована лентопротяжным механизмом, а на вертикальной стойке подвижно укреплены ограничители длины маятников.

Такое техническое решение обеспечивает достижение поставленной цели и имеет новые признаки: наличие подвижной горизонтальной опоры, закрепленной шарнирно так, что свободный конец может поворачиваться на оси и фиксироваться под углом 0 и 90^o к неподвижной горизонтальной опоре; наличие на подвижном конце одного маятника писчика, а на другом - платформы с лентопротяжным маятника.

наличие ограничителей длины маятника.

Наличие перечисленных признаков обеспечивает предложенному решению существенные отличия как от прототипа, так и от других технических решений в данной или смежных областях, заключающиеся в возможности изучения и демонстрации сложения колебаний как однонаправленных (в частности, биений), так и взаимно перпендикулярных с разными фазами, амплитудами, частотами (фигуры Лиссажу).

На чертеже представлен прибор для изучения и демонстрации сложения гармонических колебаний. Он состоит из массивной плиты 1, трех вертикальных стоек 2, неподвижных горизонтальных опор 3 и 4, подвижной опоры 5, один конец которой закреплен на оси 6, а другой фиксируется на опоре 3 либо на опоре 4 фиксаторами 7. На опоре 3 закреплены неподвижные концы бифилярного подвеса 8 маятника с писчиком 9 на подвижном конце, а на опоре 5 закреплены неподвижно концы бифилярного подвеса 10 с платформой 11 на подвижном конце. Платформа 11 снабжена лентопротяжным механизмом, состоящим из механического пружинного заводного механизма или электрического привода 12, гибкой нити 13, перекинутой через ролики 14 и перемещаемой вдоль платформы 11. На стойке 2 установлены подвижно ограничители 15 длины маятника 8.

Прибор работает следующим образом.

Для изучения однонаправленных колебаний к нити лентопротяжного механизма крепят диаграммную бумагу, запускают лентопротяжный механизм и сообщают колебания маятнику 8 и платформе 11. Ограничителями 15 устанавливают необходимую длину подвеса маятника 8 и период его колебаний (частоту). Писчик 9 вычертит на диаграммной бумаге кривые сложного колебания. Гармонические составляющие сложного колебания получают при неподвижном состоянии сначала одного, а затем другого маятника.

Для изучения взаимно перпендикулярных колебаний (фигур Лиссажу) опору 5 поворачивают на 90^o и ее конец фиксируют фиксатором 7 на опоре 4. Затем маятникам 8 и 12 придают колебательные движения. Писчик 9 нарисует на диаграммной бумаге, лежащей неподвижно на платформе 11, фигуры Лиссажу. Для изменения частоты колебаний маятника 8 ограничители длины маятника 15 передвигают по вертикальной стойке 2 и устанавливают на необходимой высоте.

Использование предлагаемого прибора для изучения и демонстрации сложения гармонических колебаний повышает наглядность процесса сложения гармонических колебаний и способствует лучшему пониманию и усвоению учебного материала по механическим колебаниям.

Формула изобретения

1. Прибор для изучения сложения гармонических колебаний, содержащий установленные на основании опоры, подвешенные на опорах два маятника и устройство записи колебаний, отличающийся тем, что имеет две горизонтальные опоры, одна из которых установлена жестко, вторая имеет возможность поворота относительно первой с фиксацией в двух положениях, а каждый из маятников подвешен к соответствующей горизонтальной опоре, при этом подвижная опора фиксируется в положениях параллельном и перпендикулярном неподвижной опоре, а устройство записи выполнено в виде писчика, установленного на одном маятнике, и горизонтальной платформы, закрепленной на втором маятнике.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что на платформе установлен лентопротяжный механизм.

РИСУНКИ

Рисунок 1