Модель для демонстрации взаимосвязи между моментом силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси

Модель относится к наглядным учебным пособиям и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической механике. Известен прибор для демонстрации взаимосвязи между моментами силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси, состоящий из горизонтальной станины, вертикальной оси, центра, находящегося на этой оси, плоскости, в которой лежит вектор действующей силы и которая проходит через центр, вектора момента действующей силы, исходящего из центра перпендикулярно плоскости действия силы под постоянным углом к вертикальной оси, горизонтальной проекции действующей силы и плоскости ее действия. Основной недостаток известного прибора заключается в том, что он имеет постоянные конструктивные параметры и демонстрирует только один случай взаимосвязи момента силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси. Предлагаемая модель выполнена с изменяемыми конструктивными параметрами, что позволяет демонстрировать в широких пределах взаимосвязь между моментом силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси.

Модель относится к наглядным учебным пособиям и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической механике.

Известен прибор для демонстрации взаимосвязи между моментами силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси [1] (рис.85, стр.72), состоящий из горизонтальной станины, вертикальной оси, центра, находящегося на этой оси, плоскости, в которой лежит вектор действующей силы и которая проходит через центр, вектора момента действующей силы, исходящего из центра перпендикулярно плоскости действия силы под постоянным углом к вертикальной оси, горизонтальной проекции действующей силы и плоскости ее действия.

Основной недостаток известного прибора заключается в том, что он имеет конструктивные постоянные параметры и демонстрирует только один случай взаимосвязи момента силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси, т.е. такой случай, когда вектор момента силы направлен под постоянным углом к вертикальной оси.

Задача, на решение которой направлена полезная модель и технический результат от ее использования, заключается в расширении диапазона возможностей модели, т.е. для демонстрации всех существующих случаев взаимосвязи между моментами силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси.

Технический результат достигается тем, что станина снабжена стойкой с вертикальным стержнем и конусом на конце, к которой одинаковыми сторонами шарнирно закреплена равнобедренная треугольная рамка с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и жесткого закрепления к стойке

с помощью резьбового барашка, выполненная из уголка с днищем, к основанию которой жестко прикреплен пластинчатый вектор действующей силы, а со стороны шарнирного соединения - пластинчатый вектор момента действующей силы, на вертикальном стержне с возможностью перемещения вдоль него и жесткого закрепления в нужном положении с помощью винта расположен конус с жестко закрепленной пластиной на его вершине, станина со стороны вектора действующей силы снабжена продольными горизонтальными направляющими, на которых установлена с возможностью перемещения вдоль них и жесткого закрепления в нужном положении пластинчатый вектор, концы которого связаны с соответствующими концами пластинчатого вектора действующей силы и с центром резиновыми нитями.

Такое исполнение предложенной модели позволяет изменять угол между вектором момента действующей силы относительно центра и вертикальной осью и в широком диапазоне демонстрировать взаимосвязь момента силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой модели.

Модель устроена следующим образом.

К стойке 1 станины жестко прикреплен вертикальный стержень 2 с конусом на конце (ось z). К стойке 1 в точке О шарнирно прикреплена равными сторонами равнобедренная треугольная рамка 3 с днищем, представляющая некоторую плоскость, проходящую через пластинчатый вектор 4 жестко закрепленной к ней силы центр О. К рамке 3 жестко прикреплен пластинчатый вектор 5 момента действующей силы относительно центра О, лежащего на оси z. Рамка 3 с пластинчатыми векторами 4 и 5 может поворачиваться относительно оси шарнира О и закрепляться в нужном положении с помощью резьбового маховичка 6. Станина модели со стороны вектора 4 действующей силы снабжена продольными горизонтальными направляющими 7, на которых установлен с возможностью перемещения и закрепления в нужном положении пластинчатый вектор 8 , являющийся проекцией действующей силы на горизонтальную плоскость. Концы вектора 8 связаны

с соответствующими концами вектора 4 резиновыми нитями 9, а с центром О - резиновыми нитями 10. Нити 9 являются проектирующими лучами концов вектора 4 на горизонтальную плоскость, т.е. вектора 8, а нити 10 изображают проекцию рамки 3 на горизонтальную плоскость. На стержне 2 расположен конус 11, который может перемещаться вдоль стержня и жестко к нему прикрепляться в нужном положении с помощью винта 12. Конус 11 с частью стержня 2, находящегося ниже него, изображает вектор момента силы относительно оси z. На конусе 11 жестко закреплена пластина 13, которая изображает проектирующий луч конца вектора 5 на ось 2 (ось z).

Модель работает следующим образом.

Перемещением рамки 3 с вектором силы 4 и вектором 5 момента силы 4 устанавливают заданное значение угла , жестко фиксируя положение рамки относительно станины маховичком 6. В зависимости от угла устанавливают соответствующее положение вектора 8 и стрелки 11 с проектирующим стержнем (лучом) 13, перемещая их соответственно вдоль направляющей 7 и стержня 2 с помощью резьбовых крепежных элементов. Угол можно изменять в пределах почти от 0° до 90° и наглядно демонстрировать взаимосвязь между моментом силы (вектора 8) относительно оси z и вектором 5 момента силы (вектора 4) относительно центра О, лежащего на этой оси.

Таким образом, предлагаемая модель значительно повышает наглядность демонстрации взаимосвязи момента силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси, и в широких пределах изменения угла позволяет за короткое время показать зависимость:

ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ

1. Тайц М.С. Краткий курс теоретической механики: Учеб. для втузов. - 10-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк. 1986. - 416 с.

Модель для демонстрации взаимосвязи между моментом силы относительно оси и центра, лежащего на этой оси, состоящая из горизонтальной станины, вертикальной оси, центра, находящегося на этой оси, плоскости, в которой лежит вектор действующей силы и которая проходит через центр, вектора момента действующей силы, исходящего из центра перпендикулярно плоскости действия силы под постоянным углом к вертикальной оси, горизонтальной проекции действующей силы и плоскости ее действия, отличающаяся тем, что станина снабжена стойкой с вертикальным стержнем и конусом на конце, к которой одинаковыми сторонами шарнирно закреплена равнобедренная треугольная рамка с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси и жесткого закрепления к стойке с помощью резьбового барашка, выполненная из уголка с днищем, к основанию которой жестко прикреплен пластинчатый вектор действующей силы, а со стороны шарнирного соединения - пластинчатый вектор момента действующей силы, на вертикальном стержне с возможностью перемещения вдоль него и жесткого закрепления в нужном положении с помощью винта расположен конус с жестко закрепленной пластиной на его вершине, станина со стороны вектора действующей силы снабжена продольными горизонтальными направляющими, на которых установлен с возможностью перемещения вдоль них и жесткого закрепления в нужном положении пластинчатый вектор, концы которого связаны с соответствующими концами пластинчатого вектора действующей силы и с центром резиновыми нитями.