Прибор для демонстрации законов вращательного движения тел

 

иоебоюл1ф

ЩАТЕНТ1Ю- .. ";т11тЧВДЦ

446101 (11) @сиз Советских

Социалистических

Рвсвублик

О П И С-МЧ%"И%

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 03.03.72 (21) 1754666/28-12 с присоединением заявки ¹ (32) Приоритет

Опубликовано 05.10.74. Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 11.06.75 (51) М Кл G 09Ь 23/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР во делам изобретений и открытий (53) УДК 531.35(088.8) (72) Автор изобретения

В, Д. Безверхий

Днепропетровский горный институт имени Артема (71) Заявитель (54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЗАКОНОВ

ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ

Изобретение относится к области физики, теоретической и прикладной механики и может быть использовано для лекционных демонстраций и проверки законов вращательного,движения и крутильных колебаний.

Известен прибор для демонстрации законов вращательного движения тел, содержащий установленный в опорах вал с закрепленными на нем многоступенчатым блоком шкивов, через который .перекинута гибкая нить с грузом на конце, и грузовыми штангами.

Недостатком этого прибора является то, что для изменения фиксированного расстояния масс от оси вращения (т. е. для изменения момента инерции вращающейся части прибора) затрачивается много времени, в связи с чем потеря части демонстрационного эффекта, невозможность изменять момент инерции системы без остановки прибора и сравнительная ограниченность диапазона демонстрационных возможностей.

Цель изобретения — расширение демонстрационных возможностей прибора. Достигается это тем, что вал подпружинен, выполнен полым и имеет паз, расположенный по

его образующей, а внутри вала помещен стержень, имеющий выступ, входящий в паз вала, и направляющую пластину - с симметрично расположенными отверстиями для пропуска грузовых штанг, причем последние укреплены на валу шарнирно.

Стержень установлен в полости вала с возможностью осевого перемещения посредством рукоятки, несущей рычаг со шкалой.

На чертеже изображен предлагаемый прибор, вид сбоку.

Прибор представляет собой центрированную систему из нескольких, например шести, 10 симметрично расположенных тел 1 вокруг оси, связанных грузовыми штангами 2 с полым валом 3 при помощи шарнирных соединений 4. Внутри полого вала проходит стержень 5 с выступом для ограничения возмож15 ности скольжения по образующей вдоль паза. На одном из концов стержня жестко закреплена пластина 6 (или полусфера) с симметрично расположенными отверстиями 7 для пропуска грузовых штанг 2.

Прибор установлен на U- подобном основании 8 со струбцинкой 9 и крепежным винтом

10. В пустотелую часть основания 8,вмонтированы, держатели 11 и 12 шарикоподшипни2о ков 13 и 14. На валу 3 укреплены также многоступенчатый блок 15, конический держатель

1б, втулка 17, спиральная пружина 18 и коническая обойма 19, Поступательное,перемещение стержня в полом валу ограничивается

30 выступом 20.

446101

Один из концов стержня 5 оканчивается рукояпкой 21, установленной на шарикоподшипнике; для ее фиксации в определенных положениях служит скользящий рычаг 22 со шкалой и шарнирно подсоединенным звеном

23, упирающийся в кольцевой паз 24 рукоятки 21. На основании лрибора под скользящим рычагом укреплено фиксирующее устройство.

Перемещая рукояткой стержень с направляющей пластиной (полусферой), имеющей отверстия, надвигают пластину на грузовые штанги, меняя их наклон по отношению к оси, вместе со шта нгами разводятся от оси шары на их концах, и момент инерции системы увеличивается. Осуществить это можно как при отсутствии вращения, так и после приобретения системой вращательного движения. Влияние изменения момента инерции наблюдается на приобретаемое системой угловое ускорение или HB крутильные колебания.

Угловое ускорение система получает .в результате действующего момента силы со стороны накрученной на блок нити под действием натяжения от падающей гири, натянутого резинового жгута или пружины (во всех случаях при этом следует учитывать непостоянство действующей силы) .

Прибор позволяет производить ряд экспериментов и наблюдений.

Для,проверки основного уравнения вращательного движения необходимо, например, сравнить угловое ускорение получаемое вращающейся частью прибора при разных моментах инерции, т. е. при различно разведенных от оси грузовых тягах (при различных положениях рукоятки 21) .

Вследствии неодинаковых угловых ускорений системы и полученные угловые скорости ,вращения будут различные. Расчет угловых ускорений может быть произведен аналогичным образом, как для маятника Обербека и как это описано в физических практикумах.

В последующем, оставляя момент инерции системы неизменным, опыты повторяют для различных моментов действующих сил, используя различные блоки для накручивания нити или различные подвески к нитям.

Для демонстрации закона сохранения момента количества движения меняют момент инерции системы в процессе вращения. Передвигая рукоятку в ту или другую сторону, наблюдают изменение угловой скорости вращения. Это можно повторить несколько раз, если к вращающейся части прибора подсоединить тахометр, а силы трения в подшипниках сделать минимальными.

Для изучения крутильных колебаний вращающуюся часть прибора следует под пружинить. Для этого втулку 17 с закрепленной

10 на ней пружиной 18 вынимают из конической обоймы 19 и надевают на конический держатель 16, фиксируя винтом (на чсртежс не показан).

Таким образом, вращательная систсма будет связана со спиральной пружиной 18. При выведении из положения равновесия система будет испытывать торсионные колебания.

Определяя средний период колебаний по длительности нескольких колебаний и проводя

20 опыты при различных фиксированных моментах инерции, проверяют форму для периода крутильных колебаний, считая коэффициент возвращающего момента постоянным. Затем, поочередно зажимая пружину фиксатором в

25 различных ее частях (т. е. меняя длину рабочей части пружины), устанавливают зависимость периода колебаний от у пругих свойств пружины.

Предмет изобретения

1. Прибор для демонстрации закона в вращательного движения тел, содержащий уста35 новленный в опорах вал с закрепленными на нем многоступенчатым блоком шкивов, через который перекинута гибкая нить с грузом на конце, и грузовыми штангами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения демон40 страционных возможностей, вал подпружинен, выполнен полым и имеет паз, расположенный по его образующей, а внутри вала помещен стержень, имеющий выступ, входящий в паз вала, и на правляющую пластину

45 с симметрично расположенными отверстиями для пропуска грузовых штанг, причем последние укреплены на валу шарнирно.

2. Прибор IIIO .п. 1, отл и ча ю щ ий с я тем, что стержень установлен в полости вала с

50 возможностью осевого перемещения посредством рукоятки, несущей рычаг со шкалой, 446)01

Составитель В. Безверхий

Техред В. Рыбакова

Корректор Л. Котова

Редактор Л. Гончарова

1 ипография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1170713 Изд. № 548 1ираж 456 Подписное

ЦНИИПИ Государственного кохштета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий й1оскиа, Ж-35, 1 аушская наб., д. 4/5