Учебное пособие по механике

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО МЕХАНИКЕ , содержащее подвижную механическую систему с постоянныммагнитом, посредством тяги соединенную с сердечником электромагнита, датчик частоты , триггер, регулятор амплитуды, подсоединенный к обмотке электромагнита , ключи управления, регистратор и блок питания, отличающееся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей, оно снабжено генератором пилообразного напряжения и вторым датчиком частоты , электромагнит содержит вторую обмотку, а механическая система включает размещенную вертикально в подшипниках вращения трубку с прорезями, ось, противовес с тягой и инерционные массы, закрепленные на противоположных концах коромысел , при этом первый датчик частоты соединен с входом Регистратора и первым входом триггера, второй датчик соединен с вторым входом триг .гера, выход которого через первый ключ соединен с управляющим входом генератора пилообразного напряжения, выходы которого подсоединены к клеммам первой обмотки электромагнита, причем первая из клемм второй обмотки соединена с одним из выходов генератора пилообразного напряжения и первым выходом блока питания, второй выход которого через регулятор амплитуды соединен с второй клеммой (Л второй обмотки, при этом коромысла размещены в прорези трубки на оси и связаны посредством тяг с противовесом и средечником электромагнита , размещенных на противоположных концах трубки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю (И) 3(59 & 09 В 23 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЬЙ (21) 3443078/28-12 (22) 14.05.82 (46) 15.01.84. Бюл. Р 2 (72) Л.A.Èàçàåâ (53) 658.386.08(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 896670, кл. & 09 В 23/08, 1980. (54)(57) УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО NEXAHHKE, содержащее подвижную механическую систему с постоянным магнитом, посредством тяги соединенную с сердечником электромагнита, датчик частоты, триггер, регулятор амплитуды, подсоединенный к обмотке электромагнита, ключи управления, регистратор и блок питания, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения дидактических возможностей, оно снабжено генератором пилообразного напряжения и вторым датчиком частоты, электромагнит содержит вторую обмотку, а механическая система включает размещенную вертикально в подшипниках вращения трубку с прорезями, ось, противовес с тягой и инерционные массы, закрепленные на противоположных концах коромысел, при этом первый датчик частоты соединен с входом регистратора и первым входом триггера, второй датчик соединен с вторым входом триг.гера, выход которого через первый ключ соединен с управляющим входом генератора пилообразного напряжения, выходы которого подсоединены к клеммам первой обмотки электромагнита, причем первая иэ клемм второй обмотки соединена с одним из выходов генератора пилообразного напряжения и первым выходом блока питания, второй выход которого через регулятор Я амплитуды соединен с второй клеммой второй обмотки, при этом коромысла размещены в прорези трубки на оси и связаны посредством тяг с противовесом и средечником электромагнита, размещенных на противоположных Я концах трубки.

1067524

Изобретение относится к учебным пособиям по механике и может быть использовано для демонстрации законов изохронной ротации.

Известно учебное пособие по меха- . нике, содержащее подвижную механичес- 5 кую систему с постоянным магнитом, посредством тяги соединенную с сердечником электромагнита, датчик частоты, триггер, регулятор амплитуды, подсоединенный к обмотке электро-10 магйита, ключи управления, регистратор и блок питания f13. Однако известное пособие не позволяет демонстрировать законы изохронной ротации, что сужает его дидактические возможности.

Целью изобретения является расшиа рение дидактических возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что учебное пособие по механи- 20 ке, содержащее подвижную механическую систему с постоянным магнитом, посредством тяги соединенную с сердечником электромагнита, датчик частоты, триггер, регулятор ампли- 25 туды, подсоединенный к обмотке электро- магнита, ключи управления, регистратор и блок питания, снабжено генератором пилообразного напряжения и вторым датчиком частоты, электромат 30 нит содержит вторую обмотку, а механическая система включает раэме щенную вертикально в подшипниках вращения трубку с прорезями, ось, проти" вовес с тягой и инерционные массы, закрепленные на противоположных концах коромысел, при этом первый датчик частоты соединен с входом регистратора и перным входом триггера, второй соединен с вторым входом триггера, выход которого через 40 первый ключ соединен с управляющим входом генератора пилообразного напряжения,, выходы которого подсоединены к клеммам первой обмотки электромагнита, причем первая из 45 клемм второй обмотки соединена с одним из выходов генератора пилообразного напряжения и первым выходом блока питания, второй выход которого через регулятор амплитуды соединен 50 с второй клеммой второй обмотки, при этом коромысла размещены в прорези трубки на рси и связаны посредством тяг с противовесом и сердечником электромагнита, размещенных на противоположных концах, трубки.

На фиг.1 изображена подвижная механическая система, на фиг.2 — .принципиальная схема учебного пособия.

Учебное пособие содержит вертикальную трубку 1 с прорезями 2, ус- 60 тановленную в подшипниках вращения 3.

В прорезях 2 на оси 4 установлены коромысла 5, на концах которых закреплены инерционные массы б, выполненные в виде металлических шаров. 65

Коромысла 5 посредством тяг 7-10 связаны с противовесом 11 и сердеч-ником электромагнита 12, расположеннын на противоположных концах трубки 1.

В трубке расположен постоянный магнит 13, взаимодействующий с дат чиками 14 и 15 частоты, выполненными в виде герконов, которые подсоединены соответственно к регистратору 16 и триггеру 17, который через ключ 18 подсоединен к управляющему входу генератора 19 пилообразного напряжения. Выход генератора 19 подсоединен к первой обмотке 20 электромагнита

21, вторая обмотка которого 22 через регулятор 23 амплитуды подключена к блоку 24 питания, а через второй ключ 25 подключен генератор 19 пилообразного напряжения. Для регулирования величины хода сердечника 12 имеется упор 26.

Учебное пособие работает следующим образом.

Перед демонстрацией изохронной ротации преподаватель .устанавливает в среднее положение регулятор 23 амплитуды, включает в сеть блок 24 питания и блок регистрации 16 и вывинчивает упор 26 так, чтобы сердечник полностью втянулся и катушки 21, а инерционные массы б примкнулись к оси 1 вращения, при этом ключи 18 и 25 разомкнуты.

После подготовки преподаватель накручивает на ось 1 вращения по стрелке A прочную нить (нить не показана) и тянет ее с нарастающей скоростью. При этом инерционные массы б занимают какую-то орбиту вращения, а маятник начинает вращаться с собственной частотой. .За каждый оборот маятника постоянный магнит 13 вырабатывает импульс на датчике 15, который поступает на вход регистратора 16, тем самым происходит регистрация угловой скорости сВ

На днижущиеся по круговой орбите инерционные массы 6 действует центробежная сила, которая уравновешена кулоновской силой, развиваемой сердечником 12 от взаимодействия с магнитным полем первой обмотки 20.

Для демонстрации квантового перехода энергии преподаватель устанавлинает регулятор 23 в нуленое положе- ние и устанавливает упор 26 так, чтобы сердечник 12 полностью входил н катушку 21, а инерционные массы б прижаты к оси 1 вращения, затем переводит генератор пилообразного напряжения в режим работы с подачей импульса от руки, устанонив при этом максимальную длительность нарастания импульса (например 3 с) и максимальную амплитуду импульса. После

1067 524 этого преподаватель включает регист-. ратор 16 и блок 24 питания в сеть, а затем,намотав нить на ось 1 вращения, тянет ее с нарастающей ско-, ростью.

Под действием центробежной аилы массы займут максимальную орбиту.

После отделения нити от маятника наблюдатель записывает показание исходной угловой скорости на регистраторе 16 и включает ключ 25. Генера- 10 тор 19 пилообразного напряжения вы-дает в цепь второй обмотки 22 нарастающее напряжение, .вследствие чего,сер" дечиик 12 плавно втягивается в катушку 21, инерционные массы б, 5 и 7 15 начинают сближатвся со скоростью укорочения радиуса P .

В момент когда инерционные массы

4,6 и 5,7 займут минимальную орбиту (массы 4,6 и 5,7 прижаты к,20 оси 1 вращения) наблюдатель записывает показание угловой скорости оп по регистрирующему устройству 16.

Наблюдатель, зная исходную угловую скорость Ы и максимальный радиус25 орбиты /„„,с, вычисляет момент количества движения маятника по известной формуле ,а где Ь вЂ” момент количества движения, угловая скорость, сп = м„+ ms+ суммарная масса nbtm инерционных масс 4, 5, б и 7, 35 максимальный радиус орбиты.

Затем, подставив значение у „„ и полученное значение момента количества движения в формулу, наблюдатель 40 определяет при сс= еопМ значение угловой скорости ягде сд — теоретическая угловая 45 скорость маятника для минимального радиуса орбиты, момент количества движения, m = m„+ ms+- суммарная масса инерци+ g++mс онных масс 4 5, б и 7

Я„,„„ — минимальный радиус орбиты.

Сравнивая угловые скорости, с7п полученную опытным путем и сд полученную теоретическим путем, наблюдатель видит, что

clan ) са т

Для демонстрации параметрического 60 резонанса изохронной ротации устанавливают упор 26 так, чтобы сердечник

12 полностью вошел в катушку 21. Устанавливают регулятор 23 в среднее положение и включают блок 24 пйтания и регистратор 16 в сеть, ключи 18 и

25 при этом разомкнуты. Затем преподаватель, намотав нить на ось 1 вращения, тянет ее с нарастающей скоростью. Определив частоту изохронной ротации на генераторе 19, устанавливают частоту следования импульсов равной этой частоте и скорость нарастания равной скорости изохронной ротации. После указанных манипуляций оператор включает ключи 18 и 25, в результате чего схема маятника переходит в режим автогенерации.

Действительно, постоянный магнит

13 вырабатывает на первом датчике

14 импульс, который, поступая на первый вход триггера 17, включает его.

Выработанный импульс с выхода триггера 17 поступает через ключ 18 на вход генератора 19 пилообразного напряжения, в результате чего происходит запуск.

Когда Через полоборота второй дат-. чик 15 выработает импульсы, которые йоступят на второй вход триггера

17 и опрокинут его в исходное положение, генератор 19 отсечет нарастание .переднего фронта пилообразного, импульса.

Поступающий пилообразный импульс тока с выхода генератора 19 на вход второй обмотки 22 создает на ней дополнительное магнитное поле, нарастающее со скоростью нарастания переднего фронта импульса, под действием чего сердечник 12 втягивается в катушку 21 со скоростью. нарастания переднего фронта импульса. Втягивание магнита 13 приводит к уменьшению радиуса. ротации маятника. По окончании действия импульса массы 6 под действием центробежных сил увеличивают орбиту. Явление "фиолетовая катастрофа" демонстрируется сразу же после демонстрации параметрического ре зонанса. Для этого, не перестраивая схемы, увеличивается скорость нарастания фронта импульса в два раза, в результате чего происходит срыв издхронной ротации, т.е. ротация будетзатухающей, что соответствует явлению "фиолетовая катастрофа".

Применение предлагаемого изобретения позволяет наглядно раскрыть явления: "Квантовый перехОд", Дефект закона сохранения момента количества движения" и "фиолетовая катастро.фа", что существенно расширяет дидактические воэможности прибора.

1067524

1067524

41. 2

Составитель В.Тюркин

Редактор N.Áàíäóðà Техред Л.Микеш Корректор О.Тигор

Заказ 11214/53 Тираж 451 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д.4/5

Филиал. ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4