Прибор по механике

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Сов етсиик

Социапистическик

Республик 111989573 (6!) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) 3asezeHo 14.04.81 (21) 3273540/28-12

{53)N. Кл.

G 09 В 23/06 с присоединением заявки !Е—

Гасударстааквй. камктвт (23) Приоритет

СССР (53) УДК 371.66/

/67(088.8) Опубликовано 15.01.83. Бктллетень М 2

Дата опубликования описания 15. 01. 83 до делам кзабратевкй и еткрытий М

Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией (7! ) Заявитель (54) ПРИБОР По МЕХАНИКЕ

Прибор относится к наглядным учебHblM пособиям по механике, предназначен для демонстрации, влияния внутренних сил на изменение кинетической энергии и для иллюстрации превраще-. ния одного вида механической энергии в другой.

Известны приборы по механике для демонстрации закона сохранения момента С13 и (2).

1О

Недостатком этих приборов является ограниченность демонстрационных возможностей иэ-эа отсутствия в них упругих элементов, создающих внутренние силы. 15

Известен также прибор по механике, содержащий двуплечий рычаг, установленный на основании, грузы, подвижно расположенные на плечах рычага, и фиксаторы для удержания грузов в исход- го ном положении (3 .

Для демонстрации перехода энергии из одного вида в другой этот прибор не пригоден.

-2

Целью изобретения является расширение диапазона рощаемых задач путем обеспечения демонстрации превращения одного вида энергии в другой.

Поставленная цель достигается тем-, что прибор по механике, содержащий двуплечий рычаг. установленный на основании с возможностью вращения, rpy" зы, подвижно расположенные на плечах рычага и фиксаторы.для удержания гру" зов в исходном положении, имеет цилин. дрические пружины, соединенные с грузами и рычагом в его центре вращения, барабан, жестко закреплеиный в центре рычага, установленную на основании градуированную стойку с закрепленным на ее свободном конце роликом и перекинутую через ролик нить, несущую на одном конце дополнительный груз, а другим концом закрепленную на барабане.

На чертеже представлен прибор по механике.

989573

Прибор состоит из рычага 1 с барабаном 2, установленным на подшипниковой опоре 3, грузов 4, установленных подвижно на рычаге 1, пружин 5, соединенных с грузами 4 и рычагом 1 в его центре вращения. На оси установлена втулка 6, рычажные фиксаторы 7, шарнирно закрепленные внутри рычага 1, 4 из начального в конечное положение, угловая скорость рычага с грузами 4 несколько увеличивается, изменяется кинетическая энергия грузов и рычага с барабаном.

40!

Измеряя начальную и конечную угловые скорости и вычисляя моменты инерции системы в ее начальном или конеч45 ном положениях, подсчетом изменения кинетической энергии и работы сил упругости пружин (внутренних сил) убеждаются в их равенстве.

Демонстрация превращения потенциальной энергии упругих элементов (пружин 5) в кинетическую энергию системы, а затем кинетической энергии в потенциальную энергию сменного груза 11 выполняется следующим образом.

Растягивая пружины 5, подвижные грузы 4 устанавливают в крайне отдаленном от оси вращения. положении и связанные с нажимным штифтом 8, помещенным в центре вращения рычага над 1о втулкой 6. Фиксаторы состоят из собачки 9 и зубчатых реек 10. Сменные грузы 11 закреплены на подвеске 12 нит ью 13, переброшенной через направляющие ролики 14, 15 и 16 и намотан- >5 ной на барабан 2. Ролики установлены на стойках 17 и 18 основания прибора

19. На вертикальной стойке 17 имеется градуированная шкала. Длина нити должна быть такой, чтобы при полном ее сматывании с барабана подвеска 12 не касалась основания 19.

Прибор работает следующим образом.

Демонстрация влияния работы внутренних сил на изменение кинетической энергии осуществляется при снятой с барабана 2 нити 13.

Рычагу 1 с зафиксированными грузами 4 защелками 7 сообщают начальную угловую скорость. Нажатием штифта 8 грузы 4 освобождаются и под действием сил упругости пружин 5 перемещаются в направлении к оси вращения барабана. Конечное их положение фиксирустся собачками 9. При этом сила упругости пружин (внутренние силы) совершают работу на перемещение грузов это положение фиксируют рычажными защелками 7.

Прикрепив нить 13 к барабану 2 и вращая рычаг с барабаном, устанавливают сменный груз 11 на некоторую начальную высоту, определяемую по градуированной шкале на стойке 17. Затем представляют прибор действию сил тяжести груза 11, который, опускаясь, приводит во вращательное движение рычаг 1 с подвижными грузами 4. Когда груз 11 достигнет наинизшего положения, рычаг с барабаном продолжает вращенйе, нить начинает наматываться на барабан, а груз подниматься вверх.

При прекращении движения прибора груз

11 достигает начальной высоты. Если при повторном опускании подвески с грузом 11 с начальной высоты в нижнем его положении нажать на штифт 8, то. грузы 4 освободятся и под действием сил упругости пружин 5 переместятся от концов рычага к середине ее, при этом кинетическая энергия системы возрастет на величину, равную работе сил упругости пружин на соответствующих перемещениях грузов 4.

Это приращение кинетической энер.гии при последующем движении системы до ее остановки будет затрачено на увеличение потенциальной энергии груза 11 при подъеме его на некоторую высоту сверх начальной.

Таким образом, работа, затраченная на подъем груза 11 сверх начальной высоты, равна уменьшению потенциальной энергии пружин при перемещении грузов 4 от концов рычага к ее середине. При этом наглядно демонстрируется превращение потенциальной энергии деформированных пружин в кинетическую энергию системы и последней — в потенциальную энергию подъеча груза. .Прибор по механике позволяет наглядно расширить диапазон демонстрируемых задач путем демонстрации многократного превращения одного вида механической энергии в другой и наоборот, что повышает усваимость учащимися демонстрируемых положений механики. формула изобретения

Прибор по механике, содержащий двуплечий рычаг, установленный. на осно-. вании с возможностью вращения, грузы подвижно расположенные на плечах ры989573

6 чага, и фиксаторы для удержания гру- нить, несущую на одном конце дополнизов в исходном положении, о т л и ",тельный груз, а другим концом закрепч.а ю шийся тем, что, с целью рас ленную на барабане. ширения диапазона решаемых задач путем обеспечения демонстрации превращения, Источники информации, одного вида энергии в другой, он име" .принятые во внимание при экспертизе ет цилиндрические пружины., соединен- !. Авторское свидетельство СССР ные с грузами и рычагом в его центре .. И 500539, кл. G 09 В 23/06, -28.05.76. вращения, барабан, жестко закреплен- . 2. Авторское свидетельство СССР ный в центре .р ычага, установленную to И 254231, кл. 6 09 В 23/06, 11. 1. 70. на основании градуированную стойку с 3. Авторское свидетельство СССР закрепленным на ее свободном конце N 822237, кл G 09 В 33/06в 15 04.80 роликом и перекинутую через .ролик (прототип).