Учебная модель по теоретической механике для исследования реакций двух опор
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ. Известный стержень учебной модели по теоретической механике для исследования реакций двух опор имеет две абсолютно одинаковые опоры - неподвижные вращательные опоры. Это мешает организовать учебно-исследовательскую работу студентам по изучению и выявлению зависимостей величии реакций связей других типовых опор (связей) от размеров участков стержня. У предложенной учебной модели левый конец стержня связан с неподвижным вращательным шарниром, а правый конец стержня связан с горизонтальным невесомым стержнем, правый конец которого шарнирно связан с неподвижной вертикальной площадкой, горизонтальная площадка, являющаяся основанием неподвижного вращательного шарнира, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления той и другой в нужном положении. Это позволило организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величии реакций связей от размеров участков исследуемого стержня при одной новой дополнительной типовой связи (опоре). Илл. 1.
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известна составная конструкция учебной модели для определения сил реакций двух опор с приложенными к ней внешними силами и моментами и соответствующими размерами // (Патент RU 117180 U1. МПК G01M 1/12. Опубл. 20.06.2012. Бюл. 
17), выполненная в виде ломаного стержня, участки которого являются телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами па концах, направленными на вертикальном участке стержня вниз, на наклонном - вниз по уклону, левый и правый концы стержня связаны соответственно с двумя опорами.
Основной недостаток известной составной конструкции учебной модели заключается в том, что она имеет две абсолютно одинаковые опоры неподвижные вращательные шарниры, что не позволяет обучающимся изучить и исследовать реакции невесомого стержня.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у ломаного стержня учебной модели, изменяя размеры его участков, обеспечить обучающимся проведение учебных исследований по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков при невесомом стержне.
Технический результат, заключающийся в изучении и исследовании по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков при невесомом стержне, достигается тем, что в учебной модели но теоретической механике для исследования реакций двух опор, выполненной в виде ломаного стержня с левым неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, участки стержня являются телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на вертикальном участке стержня вниз, на горизонтальном - влево, правый конец ломаного стержня также связан с опорой, согласно нашему предложению, правый конец ломаного стержня связан с горизонтальным невесомым стержнем, правый конец которого шарнирно связан с неподвижной вертикальной площадкой, горизонтальная площадка, являющаяся основанием неподвижного вращательного шарнира, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
Такое исполнение ломаного стержня учебной модели но теоретической механике для исследования реакций двух опор позволило обучающимся изучить еще одну типовую связь и проводить учебные исследования по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) от размеров его участков.
Па фиг. представлена схема учебной модели.
Учебная модель по механике для исследования реакций двух опор выполнена в виде ломаного стержня АСВ с левым неподвижным вращательным шарниром. Основанием шарнира А является горизонтальная площадка. Участки стержня являются телескопическими. При этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на вертикальном участке стержня вниз, на горизонтальном - влево. Например, горизонтальный участок AC имеет наружный участок 1 и клемму 2, направленную влево. Правый конец В стержня связан с горизонтальным невесомым стержнем BE, правый конец E которого шарнирно связан с неподвижной вертикальной площадкой. Горизонтальная площадка, являющаяся основанием неподвижного вращательного шарнира A, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 3, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 4 станины и жесткого закрепления той и другой в нужном положении.
Учебная модель по механике для исследования реакций двух опор работает следующим образом.
У известной учебной модели, выполненной в виде ломаного стержня, связи (опоры) выполнены абсолютно одинаковыми в виде неподвижных вращательных шарниров, у которых и реакции связей одинаковы.
У предложенной учебной модели, выполненной в виде ломаного стержня, связи разные. Левая связь A выполнена в виде неподвижного вращательного шарнира. Правая связь B выполнена в виде горизонтального невесомого стержня BE, правый конец которого шарнирно связан с неподвижной вертикальной площадкой. Это позволяет, изменяя длины участков стержней и закрепляя их размеры с помощью клемм, изучить и исследовать изменение реакций связей двух типовых связей (опор): одну левую известную по прототипу и новую (в виде невесомого стержня) от размеров участков стержня. Можно изменять длину любого участка стержня или всех сразу и определять реакции его опор. Изменяя длины участков АС и СВ стержня ступенчато и определяя каждый раз реакции опор, можно получать зависимости реакций опор от размеров участков стержня. Понять работу стержня лучше тогда, когда определение реакций связей делать теоретически. К конструкции приложена плоская произвольная система сил. При решении задачи используют, например, первую форму условий равновесия такой системы сил. Она заключается в следующем: для равновесия плоской произвольной системы сил необходимо и достаточно, чтобы алгебраическая сумма проекций действующих сил на каждую из координатных осей и алгебраическая сумма моментов относительно любого центра, лежащего в той же плоскости, должны быть равны нулю 
Первых два уравнения равновесия при изменении размеров участков стержня не изменяются. Изменяется только уравнение моментов, поскольку с изменением размеров участков, изменяются плечи сил, приложенных к участкам стержня. Очевидно, что изменяются и реакции связей, поскольку они входят во все уравнения равновесия, в том числе и в уравнение моментов. Закономерность изменения реакций связей при изменении размеров участков стержня и получают обучающиеся.
Общая методика решения подобных задач приведена в пособии (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр.8-14). Конструкция учебной модели но теоретической механике для исследования реакций двух опор позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Решение задач с изменяемыми размерами участков стержней учебной модели по теоретической механике для исследования реакций двух опор внедрено в учебный процесс студентов первого курса Казанского государственного энергетического университета. Студенты уже с первого курса начинают выполнять учебно-исследовательскую работу. Это, несомненно, повышает качество обучения студентов.
Таким образом, задача, поставленная перед полезной моделью, полностью выполнена.
Учебная модель по теоретической механике для исследования реакций двух опор, выполненная в виде ломаного стержня с левым неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является горизонтальная площадка, участки стержня являются телескопическими, при этом наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на вертикальном участке стержня вниз, на горизонтальном - влево, правый конец стержня также связан с опорой, отличающаяся тем, что правый конец стержня связан с горизонтальным невесомым стержнем, правый конец которого шарнирно связан с неподвижной вертикальной площадкой, горизонтальная площадка, являющаяся основанием неподвижного вращательного шарнира, выполнена с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей и жесткого закрепления к ней, вертикальная направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления к ней.
РИСУНКИ
