Устройство для наблюдения хаотического движения макротел

Изобретение относится к приборам и моделям, используемым в учебных заведениях при изучении хаотического движения макротел. Устройство содержит несколько шаров, каждый из которых представляет собой сферическую оболочку, внутри которой эксцентрично закреплен электродвигатель с блоком питания. Каждый шар имеет съемную крышку. На первом этапе наблюдения шары со включенными электродвигателями, равномерно распределенные по стенкам углового ограничителя и находящиеся в секторном объеме, образованном угловым ограничителем и внутренней стенкой наружного цилиндра, свободной от больших наклонных плоскостей, фиксированы электромагнитом или вручную. В результате освобождения от фиксации движущиеся шары распределяются в вышеуказанном секторном объеме хаотически. После удаления углового ограничителя шары движутся в новом сложном нецентросимметричном объеме. Количество нескольких последующих этапов наблюдения зависит от целей исследования. Конструкция позволяет наблюдать движение шаров на всех этапах, как с угловым ограничителем, так и без него. 5 ил.

 

Изобретение относится к приборам и моделям, а точнее к приборам и моделям, используемым в учебных заведениях при изучении хаотического движения макротел.

Известно устройство, применяемое для наблюдения беспорядочного движения мелких (броуновских) частиц в жидкости с помощью микроскопа [1]. Недостатком этого устройства является невозможность наблюдения макроскопических хаотических процессов, а также сложность, связанная с необходимостью использовать оптический микроскоп.

Предлагаемое устройство для наблюдения хаотических процессов лишено указанных недостатков и позволяет наблюдать хаотические процессы системы макротел.

Устранение указанных недостатков достигается тем, что устройство выполнено в виде двух концентрических цилиндров, углового ограничителя и центрального стержня, где к внутренней стенке наружного цилиндра прикреплена незамкнутая цепочка, несимметричных наклонных плоскостей, состоящая, по крайней мере, из одной несимметричной криволинейной незамкнутой поверхности. Внутренний цилиндр имеет вырез стенки, противостоящий незаполненной наклонными плоскостями внутренней стенке наружного цилиндра. К внутренней стенке упомянутого внутреннего цилиндра также прикреплена цепочка того же направления несимметричных наклонных плоскостей. В центре всего устройства находится вертикальный стержень. Съемный угловой ограничитель с вертикальной стенкой вставлен в вырез внутреннего цилиндра и имеет протяженность от центрального вертикального стержня до внутренней стенки наружного цилиндра. Внутри устройства предусмотрено размещение одинаковых шаров. Поперечник сужения любого клиновидного канала устройства более одного и менее двух диаметров шара. Каждый шар представляет собой полую сферическую оболочку, снабженную резьбовым разъемом, где внутри каждого шара эксцентричного закреплен электродвигатель с блоком питания. Помимо возможности наблюдения кинематики шаров через свободные части устройства предусмотрена также возможность установки измерителя динамических параметров шаров, например в виде крыльчатки с генератором и нагрузкой.

На чертежах представлено устройство в нескольких проекциях.

Фиг.1. Показана половина шара с электродвигателем и блоком питания (крышка не показана).

Фиг.2. Показано все устройство (вид сверху), когда шары с включенными электродвигателями фиксированы (например, электромагнитом или вручную: фиксаторы не показаны) в начальном положении и находятся внутри замкнутого секторного объема, ограниченного угловым ограничителем и частью внутренней стенки наружного цилиндра, свободной от наклонных плоскостей.

Фиг.3. Показано все устройство (вид сбоку), когда виден только наружный цилиндр.

Фиг.4. Показано все устройство (вид сверху), когда шары, освобожденные от фиксации, движутся и сталкиваются со стенками и между собой внутри замкнутого секторного объема.

Фиг.5. Показано устройство (вид сверху) без убранного углового ограничителя, когда шары движутся уже во вновь образованном замкнутом объеме и сталкиваются как между собой, так и с наружным и внутренним цилиндрами, большими и малыми наклонными плоскостями и с центральным вертикальным стержнем.

На фиг.1 изображен шар (со снятой крышкой), где показан электродвигатель с блоком питания 1, эксцентрично закрепленный внутри каждого шара 2, 3, 4, 5, 6, 7 (фиг.2, вид сверху).

Изображенные с работающими электродвигателями на фиг.2 шары 2, 3, 4, 5, 6, 7 в начальном положении фиксированы, например электромагнитом или вручную, при равномерном распределении по сторонам углового ограничителя 8 в секторном объеме, замкнутом угловым ограничителем 8 и свободной от несимметричных наклонных плоскостей внутренней стенкой наружного цилиндра 9.

На фиг.3 (вид сбоку) показано все устройство, когда виден только наружный цилиндр 9.

Фиг.4 (вид сверху) отличается от фиг.2 только тем, что шары 2, 3, 4, 5, 6, 7 освобождены от фиксации, то есть, подвижны в том же замкнутом секторном объеме.

Фиг.5 (вид сверху) получена посредством снятия углового ограничителя, что перезаключило шары 2, 3, 4, 5, 6, 7 в новый замкнутый сложный объем, образованный наружным цилиндром 9, прикрепленными к нему большим наклонными плоскостями 10, внутренним цилиндром 11, прикрепленными к нему малыми наклонными плоскостями 12 и центральным вертикальным стержнем 13.

Предлагаемое устройство располагается на горизонтальном опорном столе и работает следующим образом: В начальный момент времени со включенными электродвигателями (фиг.1) шары 2, 3, 4, 5, 6, 7, равномерно распределенные по стенкам углового ограничителя (фиг.2), фиксированы, например электромагнитом или вручную, в пределах секторного объема, образованного угловым ограничителем 8 и свободной от наклонных плоскостей внутренней стенкой наружного цилиндра 9. Это состояние устройства отображено на фиг.2 Следующее состояние - освобождение шаров 2, 3, 4, 5, 6, 7 от фиксации, когда они могут свободно передвигаться внутри вышеупомянутого замкнутого секторного объема, куда они помещены, сталкиваясь при этом как между собой, так и со стенками.

Это состояние устройства отображено на фиг.4 (вид сверху). Вслед за этим следует снятие (удаление) углового ограничителя 8, что перезаключает шары 2, 3, 4, 5, 6, 7 в новый сложный замкнутый объем, ограниченный наружным цилиндром 9 с его большими наклонными плоскостями 10, внутренним цилиндром 11 с его малыми наклонными плоскостями 12 и центральным вертикальным стержнем 13. Теперь заполняется подвижными шарами 2, 3, 4, 5, 6, 7 этот весь вновь образованный замкнутый объем, что отображено на фиг.5. Демонстрацию движения шаров 2, 3, 4, 5, 6, 7 в этом новом объеме целесообразно представить и наблюдать в виде более чем одного этапа, в зависимости от времени наблюдения от начала процесса, что в полном объеме обеспечивается данным устройством. Для большей компактности представлен один этап (все последующие этапы отличались бы только расположением шаров 2, 3, 4, 5, 6, 7).

Конструкция позволяет наблюдать движение шаров на всех этапах, как с угловым ограничителем так и без него.

Техническая осуществимость данного устройства не вызывает сомнений, так как все описанные выше детали и узлы доступны для изготовления известными способами.

Техническая эффективность (возможность демонстрации хаотического движения макротел), как видно из изложенного, обеспечена именно отличительными признаками предлагаемого устройства.

Автор изготовил и успешно испытал предлагаемое устройство.

Литература

1. Физический энциклопедический словарь, 4 изд. - М. Наука, 1999

2. Изобретение авторское свидетельство №1797142 А1, МКИ G09B 23/06 «Устройство для наблюдения брауновского движения» действительных авторов Скроботовой Т.В., Хорошко Н.Ф., выданное на имя Ставропольского Государственного Педагогического Института с приоритетом от 21.05.90.

Это изобретение под тем же названием на имя тех же действительных авторов и учреждения перерегистрировано в качестве патента РФ от 19.06.93.

Устройство для наблюдения хаотического движения в ограниченном объеме, содержащее два концентричных цилиндра, угловой ограничитель и центральный вертикальный стержень, причем к внутренним сторонам стенок концентричных цилиндров прикреплены цепочки наклонных плоскостей, при этом внутренний цилиндр имеет вырез стенки, противостоящий незаполненной наклонными плоскостями стенке наружного цилиндра, в центре всего устройства находится вертикальный стержень, в вырез внутреннего цилиндра вставлен съемный угловой ограничитель с вертикальной стенкой, который имеет протяженность от центрального вертикального стержня до стенки наружного цилиндра, внутри устройства размещены одинаковые шары, при этом каждый шар содержит полую сферическую оболочку, снабженную резьбовым разъемом, внутри каждого шара эксцентрично закреплен электродвигатель с блоком питания, поперечник сужения любого образованного элементами устройства канала более одного и менее двух диаметров шара, устройство выполнено с возможностью наблюдения кинематики шаров и снабжено измерителем динамических параметров шаров в виде крыльчатки с генератором и нагрузкой.