Учебный прибор по физике



Учебный прибор по физике
Учебный прибор по физике

 


Владельцы патента RU 2452997:

Савчук Александр Дмитриевич (RU)

Изобретение относится к учебным приборам по физике и теоретической механике. Цилиндр 3 с полым диском 4 установлен с возможностью горизонтального вращения в подшипниковых узлах 2. Внутри полого диска 4 расположен датчик углового ускорения в виде параллельных направляющих 5 с грузом 6. Груз расположен между закрепленными эластичными емкостями 7 и 8. Емкости заполнены окрашенной жидкостью одного цвета и соединены трубками 9 и 10 с индикаторными прозрачными трубками 11 и 12. Индикаторные трубки расположены в торцах цилиндра вблизи оси вращения соответственно вверх и вниз. Внутри диска 4 также расположен датчик угловой скорости в виде симметричных двух радиальных перегородок 13 и 14 и двух перегородок 15 и 16 с ловушками для грузов 17 и 18. Между перегородками и перегородками с ловушками у боковой стенки полого диска закреплены две эластичные емкости 19 и 20. Эластичные емкости заполнены окрашенной жидкостью другого цвета и соединены трубками 21 и 22 с индикаторными прозрачными трубками 23 и 24. В центре цилиндра 3 закреплен источник света 28 для подсветки трубок 11, 12, 23 и 24. Трубки внутри цилиндра выполнены Г-образными, с внешней стороны торцов цилиндра установлены в прозрачные трубы 29 и 30, на поверхности которых выполнена общая градуировка. Техническим результатом изобретения является повышение надежности прибора и расширения демонстрационных возможностей. 2 ил.

 

Заявляемое техническое решение относится к учебным приборам по физике и теоретической механике и позволяет наглядно демонстрировать направление и изменение величины угловой скорости и углового ускорения при вращении твердого тела.

Известен «Прибор для демонстрации законов вращательного движения» по авторскому свидетельству SU 160045 от 14.01.1964 г., кл. 42п, 1101, МПК G09b - [1], содержащий вращаемый полый вал, присоединяемый к динамометру сменный груз (вращаемое тело), укрепленное на конце вала приспособление для удержания груза и приспособление для соединения груза с динамометром, при этом приспособление для удержания груза выполнено в виде лотка, имеющего на основании хвостовик для возможности крепления прибора к источнику вращательного движения, например к центробежной машине, груз имеет вид цилиндрических катков, свободно укладываемых на лоток, а приспособление для соединения груза с динамометром выполнено в виде помещенного внутри вала и вращающегося вместе с ним стержня, верхний конец которого соединен с динамометром, а нижний имеет гибкую нить для соединения его с грузом.

Недостатком устройства [1] является невозможность его применения для демонстрации направления и изменения величины угловой скорости и углового ускорения при вращении твердого тела.

Прототипом предлагаемого изобретения является «Учебный прибор по физике» по авторскому свидетельству SU 1234868 от 30.05.1986 г., МПК4 G09B 23/08 - [2], содержащий штатив с двумя подшипниковыми узлами и установленным в них с возможностью горизонтального вращения (с вертикальной осью вращения) цилиндра с полым диском, внутри которого расположены датчик углового ускорения в виде установленных перпендикулярно радиусу диска параллельных направляющих и установленным с возможностью скольжения между ними грузом, расположенным между закрепленными эластичными емкостями, заполненными окрашенной одним цветом жидкостью и соединенными трубками с индикаторными прозрачными трубками, расположенными в торцах цилиндра вблизи оси вращении соответственно вверх и вниз, а также датчик угловой скорости в виде симметричных двух радиальных перегородок и двух ловушек для установленных с возможностью скольжения между перегородками и ловушками подпружиненных от цилиндра грузов, между перегородками и ловушками у боковой стенки полого диска закреплены две эластичные емкости, заполненные окрашенной другим цветом жидкостью и соединенные трубками с индикаторными прозрачными трубками, расположенными в торцах цилиндра вблизи оси вращении соответственно вверх и вниз, причем все индикаторные прозрачные трубки проградуированы.

Недостатком прототипа [2] является его низкая надежность, так как при быстром вращении полого диска выходящие вверх и вниз из цилиндра тонкие прозрачные индикаторные трубки под действием центробежной силы отклоняются от оси вращения и могут отломиться. Кроме того, при вращении градуировка двух рядом расположенных прозрачных индикаторных трубок «смывается» - визуально складывается, а на расстоянии жидкость в них плохо видна.

Указанные недостатки ставят задачу повышения надежности прибора и расширения демонстрационных возможностей.

Указанная задача достигается тем, что в учебном приборе по физике, содержащем штатив с двумя подшипниковыми узлами и установленным в них с возможностью горизонтального вращения (с вертикальной осью вращения) цилиндром с полым диском, внутри которого расположен датчик углового ускорения в виде закрепленных перпендикулярно радиусу диска параллельных направляющих и установленного с возможностью скольжения между ними груза, расположенного между закрепленными эластичными емкостями, заполненными окрашенной одним цветом жидкостью и соединенными трубками с индикаторными прозрачными трубками, расположенными в торцах цилиндра вблизи оси вращении соответственно вверх и вниз, а также датчик угловой скорости в виде симметричных двух радиальных перегородок и двух перегородок с ловушками для установленных с возможностью скольжения между перегородками подпружиненных от цилиндра грузов, между перегородками и перегородками с ловушками у боковой стенки полого диска закреплены две эластичные емкости, заполненные окрашенной другим цветом жидкостью и соединенные трубками с индикаторными прозрачными трубками, расположенными в торцах цилиндра вблизи оси вращении соответственно вверх и вниз, в центре цилиндра закреплен снабженный автономным источником питания с включателем электрический источник света подсветки индикаторных прозрачных трубок, которые внутри цилиндра выполнены Г-образными, а с внешней стороны торцов цилиндра установлены в закрепленные в цилиндре прозрачные трубы, на поверхности которых выполнена общая градуировка.

Введение признака «в центре цилиндра закреплен снабженный автономным питанием с включателем электрический источник света подсветки индикаторных прозрачных трубок» необходимо для того, чтобы повысить наглядность, увеличить расстояние наблюдения и тем самим обеспечить демонстрацию изменения величины угловой скорости и углового ускорения при вращении твердого тела перед аудиторией.

Введение признака «индикаторные прозрачные трубки внутри цилиндра выполнены Г-образными» необходимо для того, чтобы подводящие трубки с окрашенной жидкостью не мешали свету от электрического источника (электрической лампочки, светодиода и т.д.) проходить в материал индикаторных прозрачных трубок.

Введение признака «с внешней стороны торцов цилиндра индикаторные прозрачные трубки установлены в закрепленные в цилиндре прозрачные трубы» необходимо для того, чтобы не допустить при быстром вращении полого диска под действием центробежной силы изгиба и разрушения выходящих вверх и вниз из цилиндра тонких прозрачных индикаторных трубок.

Введение признака «на поверхности прозрачных труб выполнена общая градуировка» необходимо для того, чтобы не допустить «смывания» - визуального наложения градуировки находящихся рядом двух индикаторных трубок при вращении диска.

На фиг.1 изображен учебный прибор по физике.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Учебный прибор по физике содержит штатив 1 с двумя подшипниковыми узлами 2 и установленным в них с возможностью горизонтального вращения (с вертикальной осью вращения) цилиндра 3 с полым диском 4, внутри которого расположен датчик углового ускорения в виде закрепленных перпендикулярно радиусу диска параллельных направляющих 5 с установленным с возможностью скольжения между ними грузом 6, расположенным между закрепленными эластичными емкостями 7 и 8, заполненными окрашенной жидкостью одного цвета и соединенными трубками 9 и 10 с индикаторными прозрачными трубками 11 и 12, расположенными в торцах цилиндра вблизи оси вращении соответственно вверх и вниз. Внутри диска 4 также расположен датчик угловой скорости в виде симметричных двух радиальных перегородок 13 и 14 и двух перегородок 15 и 16 с ловушками для установленных с возможностью скольжения между перегородками подпружиненных от цилиндра грузов 17 и 18, между перегородками и перегородками с ловушками у боковой стенки полого диска закреплены две эластичные емкости 19 и 20, заполненные окрашенной жидкостью другого цвета и соединенные трубками 21 и 22 с индикаторными прозрачными трубками 23 и 24, расположенными в торцах цилиндра вблизи оси вращении соответственно вверх и вниз. Для балансировки внутри полого диска диаметрально противоположно параллельным направляющим 5 закреплен балансировочный груз 25. В центре цилиндра 3 закреплен снабженный автономным источником питания 26 с включателем 27 электрический источник света 28 подсветки индикаторных прозрачных трубок 11, 12, 23 и 24, которые внутри цилиндра выполнены Г образными, а с внешней стороны торцов цилиндра установлены в закрепленные в цилиндре прозрачные трубы 29 и 30, на поверхности которых выполнена общая градуировка. Позиции 26, 27 и 28 на фиг.1 и фиг.2 показаны схематично. В верхней крышке полого диска 4 могут находиться установленные заподлицо с ее внешней поверхностью кнопка включателя (и выключателя) 27 и установочное гнездо для автономного источника питания 26, которым могут быть или электрическая батарейка, или аккумулятор (на фиг.1 и фиг.2 не показаны). При этом каждая индикаторная прозрачная трубка 11, 12, 23 и 24 может быть снабжена своим электрическим источником света, например в виде электрической лампочки или светодиода (светодиодов), что позволит существенно повысить наглядность.

Учебный прибор работает следующим образом.

Первоначально включают электрический включатель 27 и от автономного электрического источника питания загорается источник света 28, свет от которого попадает на прозрачные трубки 11, 12, 23, 24, подсвечивая их с находящейся в них окрашенной жидкостью. Далее находящемуся в подшипниковых узлах 2 штатива 1 цилиндру 3 с полым диском 4 сообщается вращение от внешнего источника (не показан), например, против часовой стрелки, при этом возникает угловое ускорение, и груз 6 начинает перемещаться в направляющих 5, сжимая эластичную емкость 7 и выдавливая окрашенную жидкость по трубке 9 в прозрачную трубку 11, расположенную над цилиндром 3. Этот столбик окрашенной жидкости показывает направление вектора углового ускорения, а высота этого столбика - его величину (модуль).

Одновременно вследствие центробежной силы грузы 17 и 18, растягивая пружины и скользя по диску 4 и перегородкам 15 и 14, расходятся по периферии диска 4. При этом груз 17 попадает в ловушку перегородки 15, груз 18 упирается в эластичную емкость 20. Окрашенная жидкость выдавливается из эластичной емкости 20 через трубку 22 в расположенную выше цилиндра 3 прозрачную трубку 24, которая показывает направление вектора угловой скорости, а высота столбика - его величину (модуль).

При установившемся равномерном вращении диска 4 груз 6 в параллельных направляющих 5 под действием силы упругости емкости 7 возвращается в исходное положение, при этом окрашенная жидкость из прозрачной трубки 11 втягивается в емкость 7. Угловое ускорение в данный момент равно нулю.

При торможении диска 3 внешним устройством вследствие своей инерции груз 6 в параллельных направляющих 5 смещается в сторону эластичной емкости 8, выдавливая из нее окрашенную жидкость через трубку 10 в прозрачную трубку 12, расположенную ниже цилиндра 3, столбик окрашенной жидкости в ней показывает противоположную (в случае ускорения диска 4) угловую скорость.

При вращении по часовой стрелке величина угловой скорости соответствует столбику окрашенной жидкости, выдавливаемому из эластичной емкости 19 грузом 17 в трубку через трубку 21 в прозрачную трубку 23, расположенную ниже цилиндра 3, а груз 18 упирается в ловушку перегородки 16. Вектор угловой скорости демонстрируется аналогично. Для того чтобы грузы 17 и 18 при наличии угловой скорости с изменяющимся угловым ускорением не покидали своего положения (не скользили по диску 4 у периферии диска, т.е. не могли отойти от эластичных емкостей 19, 20 или попасть на них), ловушки перегородок 15 и 16 снабжены двумя радиальными выступами, служащими фиксаторами этих грузов. Система эластичных емкостей 19 и 20, трубок 21, 22 и прозрачных трубок 23, 24 герметична и открыта только с концов трубок, расположенных вне цилиндра 3, чтобы исключить биение.

При сильном вращении индикаторные прозрачные трубки 11, 23 и 12, 24 под действием центробежной силы прижимаются соответственно к внутренней поверхности к прозрачных труб 29 и 30, а нанесенная на их поверхность градуировка позволит точно увидеть направление и изменение величины угловой скорости и углового ускорения при вращении твердого тела.

Прибор позволяет наблюдать изменения направления и величины вектора углового ускорения при самых различных режимах вращения.

Выполнение устройства с вышеизложенной совокупностью ограничительных и отличительных признаков формулы изобретения является новым для учебных приборов по физике и, следовательно, соответствует критерию «новизна».

Вышеприведенная совокупность признаков неизвестна на данном уровне развития техники и не следует из общеизвестных правил конструирования учебных приборов, что доказывает соответствие критерию «изобретательский уровень».

Конструктивная реализация учебного прибора по физике с указанной выше совокупностью признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU 160045 от 14.01.1964 г., кл. 42п, 1101, МПК G09b, «Прибор для демонстрации законов вращательного движения».

2. Авторское свидетельство SU 1234868 от 30.05.1986 г., МПК4 G09B 23/08, «Учебный прибор по физике» - прототип.

Учебный прибор по физике, содержащий штатив с двумя подшипниковыми узлами и установленным в них с возможностью горизонтального вращения цилиндром с полым диском, внутри которого расположен датчик углового ускорения в виде закрепленных перпендикулярно радиусу диска параллельных направляющих и установленного с возможностью скольжения между ними груза, расположенного между закрепленными эластичными емкостями, заполненными окрашенной одним цветом жидкостью и соединенными трубками с индикаторными прозрачными трубками, расположенными в торцах цилиндра вблизи оси вращения соответственно вверх и вниз, а также датчик угловой скорости в виде симметричных двух радиальных перегородок и двух перегородок с ловушками для установленных с возможностью скольжения между перегородками подпружиненных от цилиндра грузов, между перегородками и перегородками с ловушками у боковой стенки полого диска закреплены две эластичные емкости, заполненные окрашенной другим цветом жидкостью и соединенные трубками с индикаторными прозрачными трубками, расположенными в торцах цилиндра вблизи оси вращении соответственно вверх и вниз, отличающийся тем, что в центре цилиндра закреплен снабженный автономным источником питания с включателем электрический источник света подсветки индикаторных прозрачных трубок, которые внутри цилиндра выполнены Г-образными, а с внешней стороны торцов цилиндра установлены в закрепленные в цилиндре прозрачные трубы, на поверхности которых выполнена общая градуировка.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к медицине, в частности к экспериментальной фармакологии, и может быть использовано для разработки способов коррекции эндотелиальной дисфункции у беременных.

Изобретение относится к моделированию объектов биологического происхождения. .
Изобретение относится к области биомедицины, а именно к экспериментальной физиологии, и может быть использовано для моделирования стресс-индуцированной гипертонии у мелких животных (крысы, мыши).

Изобретение относится к способу подготовки образцов биологических тканей для исследования в сканирующем электронном микроскопе. .
Изобретение относится к экспериментальной медицине, а именно к экспериментальной гастроэнтерологии, и может быть использовано для моделирования острого перитонита.
Изобретение относится к медицине, а именно к экспериментальной фармакологии, и может быть использовано для коррекции остеопороза и профилактики возникновения остеопоротических переломов.

Изобретение относится к области учебно-наглядных пособий, использующихся в учебном процессе. .

Изобретение относится к учебным приборам по курсу сопротивление материалов и может быть использовано в высших и средних учебных заведениях. .

Изобретение относится к области учебно-наглядных пособий, используемых в учебном процессе при изучении сопротивления материалов для демонстрации различных деформаций деталей искусственных сооружений, машин и других тел

Изобретение относится к медицине, в частности к экспериментальной онкологии, и может быть использовано для повышения доступности цитостатиков на примере цисплатина в клетки и ткани злокачественной опухоли на модели саркомы 45 с помощью сканирующих режимов сверхнизкочастотных магнитных полей с постоянной составляющей. Для этого в подкапсульное пространство опухоли однократно производят медленное капельное введение 0,5 мл раствора цисплатина в концентрации 0,5 мг/мл. Одновременно осуществляют воздействие сканирующим магнитным полем (СК МП) в диапазоне частот от 1 Гц до 150 Гц, индукцией 20 мТл, экспозицией 10 минут, в сочетании с постоянным магнитным полем 20 мТл от индуктора, расположенного в центре между полюсами сканирующего поля. Способ обеспечивает повышение проницаемости цитостатика, усиливая противоопухолевый эффект. При этом способ экономичен, доступен, благодаря недорогой отечественной магнитотерапевтической технике. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к наглядным пособиям по физике. На винтовом валу электродвигателя установлена имеющая контакт с корпусом объекта гайка с прикрепленным к ней кожетком рогатки. В кожеток вставлен шар, к которому привязана нить, что позволяет, при вращении вала, перемещаться гайке вдоль оси вала и натягивать прикрепленные с одной стороны к кожетку, а с другой - к рогатке резинки рогатки. Ручка рогатки установлена и укреплена за валом, вдоль его продольной оси, перпендикулярно этой оси. Нитка привязана к корпусу объекта у основания ручки рогатки, что позволяет, после отрыва кожетка от гайки, происходящего под действием сил натяжения резинки, разогнать шар и сместить корпус объекта относительно своего первоначального положения. Техническим результатом изобретения является моделирование перемещения объекта весом груза. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к наглядным пособиям по физике. Электродвигатель установлен на объекте. На его винтовом валу установлена гайка, имеющая контакт с корпусом объекта, что позволяет, при вращении вала, передвигаться гайке вдоль оси вала и перевозить установленный на гайке груз, привязанный нитью к корпусу объекта, до упора на валу. При встрече с упором груз сбрасывается с гайки вниз и через натянутую нить кинетическая энергия падения груза преобразуется в поступательное движение объекта. Техническим результатом изобретения является моделирование перемещения объекта весом груза. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх