Модель для демонстрации теоремы о трех силах

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

Известна модель для демонстрации теоремы о трех силах, состоящая из станины со стойкой, прозрачного тела, шарнирно подвешенного верхней частью к станине и состоящего из двух половин, связанных между собой резьбовыми крепежными элементами, между которыми расположены векторы действующих на тело сил. Ее основной недостаток заключается в том, что реакции связи изображены постоянно, а они появляются только в момент подвешивания тела к станине.

В предлагаемой модели в сплошном теле вдоль линий действия реакций связи выполнены отверстия цилиндрической формы, в которых находятся элементы дюралайта, включенные в электрическую цепь. В момент подвешивания тела к станине электрическая цепь подключается к источнику электрического тока. Элементы, изображающие реакции связи, начинают светиться и высвечивать их на тонировочной пленке боковин тела. Это позволяет демонстрировать появление реакций связи в момент подвешивания тела к станине, и исчезновение их в момент снятия тела с подвеса.

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

Известна модель для демонстрации теоремы о трех силах [1] (стр. 6, рис.8), состоящая из станины со стойкой, из прозрачного тела, выполненного, например, из органического стекла, шарнирно подвешенного верхней частью к станине и состоящего из двух половин, связанных между собой резьбовыми крепежными элементами, между которыми расположены векторы действующих на тело сил.

Основной недостаток известной модели заключается в том, что она обладает недостаточной наглядностью при демонстрации теоремы о трех силах, так как реакции связей появляются в момент подвешивания тела к шарниру, исчезают - в момент снятия, а у модели реакции связи изображены постоянно.

Задача, на решение которой направлена полезная модель и технический результат от ее использования, заключается в устранении недостатка известной модели, т.е. в обеспечении наглядности демонстрации теоремы о трех силах, чтобы реакции связи появлялись в момент подвешивания тела к шарниру станины и исчезали в момент снятия модели с подвеса.

Технический результат достигается тем, что тело выполнено сплошным с крючкообразным подвесом, в центре тяжести тела шарнирно прикреплены с двух сторон прозрачные пластинчатые векторы силы тяжести тела, из точки пересечения линий действия сил в направлении точек контакта тела со связью выполнены отверстия цилиндрической формы, в которых расположены соответствующего размера элементы дюралайта, заостренные в стороны действия соответствующих реакций связей и включенные в электрическую цепь постоянного или переменного тока, соединительные контакты которой расположены на оси шарнира и на крючкообразном подвесе тела, а также в

точке контакта тела с вертикальной стойкой с возможностью свечения элементов дюралайта при подключении электрической цепи к источнику электрического тока в момент подвешивания тела к оси шарнира, а боковые поверхности тела покрыты тонировочной пленкой.

Такое исполнение модели позволило устранить недостаток известной модели, т.е. повысить наглядность демонстрации теоремы о трех силах, выразившуюся в том, что в момент подвеса тела к станине возникают реакции связи (станины), обозначенные светящимися элементами дюралайта, линии действия которых согласно теореме о трех силах пересекаются в одной точке, а в момент снятия тела с подвеса - исчезают.

На фиг.1 представлена схема предлагаемой модели.

Модель устроена следующим образом.

К станине со стойкой 1 в точке А верхней частью шарнирно подвешено тело 2 с помощью крючкообразного подвеса, которое в точке В касается вертикальной стойки. Тело выполнено из прозрачного материала, например, органического стекла. В центре тяжести тела (в точке С) шарнирно с двух сторон прикреплены пластинчатые векторы 3, выполненные также из прозрачного материала и изображающие силу тяжести . Из точки, к пересечения линий действия возникающих реакций связей и в направлении соответственно точек А и В выполнены цилиндрические отверстия, в которых расположены элементы дюралайта 4 и 5, включенные последовательно в электрическую цепь с контактами 6 и 7, соприкасающимися соответственно с контактами 8 и 9 источника электрического тока, не показанного на схеме. Боковые стороны тела 2 покрыты тонировочной пленкой 10.

Модель работает следующим образом.

При подвешивании в точке А верхней частью тела 2 с помощью крючкообразного подвеса к оси вращательного шарнира оно в точке В касается вертикальной стойки станины 1. В момент подвешивания электрическая цепь, составленная из элементов дюралайта соответственно 4 и 5, своими контактами 6 и 7 соединяется с соответствующими контактами 8 и 9 источника

электрического тока, не показанного на схеме. При прохождении электрического тока по элементам дюралайта 4 и 5 они начинают светиться и высвечивать на тонировочном покрытии 10 возникшие реакции связи и соответственно в точках А и В, а их линии действия пересекаться в точке к, расположенной в соответствии с известной теоремой о трех силах на линии действия силы тяжести . Тонировочные пленки 10, наклеенные на боковые поверхности тела 2, исполняют роль экранов, на которых высвечиваются возникающие реакции связей, и одновременно скрывают от наблюдателя внутреннее устройство тела. Достаточно разорвать электрическую цепь поднятием тела, свечение элементов прекращается. Возникшие реакции связей исчезают. При повторном подвешивании тела опять происходит подключение электрической цепи к источнику тока. Описанный эффект повторяется. И так при каждой последующей демонстрации теоремы о трех силах.

Таким образом, предлагаемая модель улучшила наглядность демонстрации теоремы о трех силах, т.е. реакции связи (станины) появляются в момент подвешивания тела к станине, и исчезают в момент снятия тела с подвеса. Таким эффектом известная модель не обладает. Поскольку вектор силы тяжести расположен с двух сторон тела, наблюдать демонстрируемый эффект можно с любой стороны модели. Модель, следовательно, отражает действительную картину протекания явления механики, чем способствует повышению качества подготовки специалистов для различных отраслей промышленности.

ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ

1. Маркин Ю.С. Учебные наглядные пособия по теоретической механике. - Рязань: Рязанский СХИ, 1987.-27 с. (работа деп. в НИИ Высшей школы 27.11.87. №1728-87).

Модель для демонстрации теоремы о трех силах, состоящая из станины со стойкой, тела, выполненного, например, из органического стекла и шарнирно подвешенного верхней частью к станине, отличающаяся тем, что тело выполнено сплошным с крючкообразным подвесом, в центре тяжести тела шарнирно прикреплены с двух сторон прозрачные пластинчатые векторы силы тяжести тела, из точки пересечения линий действия сил в направлении точек контакта тела со связью выполнены отверстия цилиндрической формы, в которых расположены соответствующего размера элементы дюралайта, заостренные в стороны действия соответствующих реакций связей и включенные в электрическую цепь постоянного или переменного тока, соединительные контакты которой расположены на оси шарнира и на крючкообразном подвесе тела, а также в точке контакта тела с вертикальной стойкой с возможностью свечения элементов дюралайта при подключении электрической цепи к источнику электрического тока в момент подвешивания тела к оси шарнира, а боковые поверхности тела покрыты тонировочной пленкой.