Зигзагообразный стержень со средним вертикальным участком и невесомым стержнем
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ. Известный стержень состоит из участков неизменяемых размеров. Это мешает организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величин реакций связей от размеров участков стержня. У предложенного стержня все его участки выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на верхнем и нижнем горизонтальных ответвлениях вправо, на верхнем и нижнем вертикальных участках - вниз, вертикальная площадка 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. Это позволило организовать учебно-исследовательскую работу студентам по выявлению зависимостей величин реакций связей от размеров участков исследуемого стержня. Илл. 1.
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической механике технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известен стержень с приложенными к нему внешними силами и моментами и соответствующими размерами l1 (Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: Учебное пособие для технических вузов. - 7-е изд., исправленное. - М.: Интеграл-Пресс, 2001, стр. 12, рис. 4, вар. 28б), состоящий из вертикального участка, середина которого связана с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является неподвижная вертикальная площадка, верхний конец вертикального участка имеет горизонтальное ответвление, направленное вправо, его правый конец связан шарнирно с горизонтальным невесомым стержнем, а правый конец невесомого стержня шарнирно связан с вертикальной станиной, нижний конец вертикального участка имеет горизонтальное ответвление, направленное влево.
Основной недостаток известного стержня заключается в том, что он имеет постоянные размеры (застывшую форму), т.е. постоянные линейные параметры участков, что не позволяет студентам (обучающимся) проводить учебные исследования как теоретические, так и экспериментальные по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы у стержня можно было изменять размеры его участков и обеспечить обучающимся проведение учебных исследований по выявлению зависимости величин реакций связей от линейных размеров его участков.
Технический результат достигается тем, что в зигзагообразном стержне со средним вертикальным участком и невесомым стержнем, состоящим из вертикального участка, середина которого связана с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, верхний конец верхней части вертикального участка имеет верхнее горизонтальное ответвление, направленное вправо, его правый конец шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем, правый конец невесомого стержня шарнирно связан с вертикальной станиной, нижний конец нижней части вертикального участка имеет нижнее горизонтальное ответвление, направленное влево, согласно нашему предложению, все участки стержня выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на верхнем и нижнем горизонтальных ответвлениях вправо, на верхнем и нижнем вертикальных участках - вниз, вертикальная площадка 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 стержня позволило изменять размеры участков стержня и проводить учебные исследования обучающимся по выявлению зависимости величин реакций связей (опор) от размеров участков стержней.
На фиг. представлена схема предложенного стержня.
Зигзагообразный стержень со средним вертикальным участком и невесомым стержнем состоит из вертикального участка EAC, середина которого связана с неподвижным вращательным шарниром A, основанием которого является вертикальная площадка. Верхний конец C верхнего вертикального участка AC имеет верхнее горизонтальное ответвление CB, направленное вправо. Его правый конец шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем BL, а правый конец L невесомого стержня шарнирно связан с вертикальной станиной. Нижний конец E нижнего вертикального участка EA имеет нижнее горизонтальное ответвление EK, направленное влево. Все участки стержня выполнены телескопическими. Наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на верхнем CB и нижнем EK горизонтальных ответвлениях вправо, на верхнем AC и нижнем EA вертикальных участках - вниз. Например, верхний вертикальный участок AC имеет наружный стержень 1 и клемму 2, направленную вниз. Вертикальная 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.
Стержень работает следующим образом.
У прототипа участки стержня AC, CB, EA и EK неизменяемых размеров. У предложенного стержня его участки выполнены телескопическими с клеммами на концах. Это позволяет изменять длины участков стержня и закреплять их размеры с помощью клемм. Можно изменять длину любого участка стержня или всех сразу и определять реакции его опор. Изменяя длины участков стержня ступенчато и определяя каждый раз реакции опор, можно получать зависимости реакций опор от размеров участков стержня. 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 (
Fkx=0, Fky=0, 
).
Общая методика решения подобных задач приведена в пособии, представленном выше (стр. 8-14). Конструкция позволяет при наличии соответствующих датчиков определять реакции опор и экспериментально и сравнивать результаты теоретических и экспериментальных исследований.
Решение задач с изменяемыми размерами участков стержней 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.
Зигзагообразный стержень со средним вертикальным участком и невесомым стержнем, состоящий из вертикального участка, середина которого связана с неподвижным вращательным шарниром, основанием которого является вертикальная площадка, верхний конец верхней части вертикального участка имеет верхнее горизонтальное ответвление, направленное вправо, его правый конец шарнирно связан с горизонтальным невесомым стержнем, правый конец невесомого стержня шарнирно связан с вертикальной станиной, нижний конец нижней части вертикального участка имеет нижнее горизонтальное ответвление, направленное влево, отличающийся тем, что все участки стержня выполнены телескопическими, наружные стержни каждого телескопического соединения выполнены с клеммами на концах, направленными на верхнем и нижнем горизонтальных ответвлениях вправо, на верхнем и нижнем вертикальных участках - вниз, вертикальная площадка 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.
