Учебный прибор по механике
Изобретение относится к учебным пособиям по механике и может использоваться в качестве демонстрационного или лабораторного прибора для количественной оценки выполнимости законов сохранения момента импульса и механической энергии. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения количественной проверки законов сохранения механической энергии и момента импульса. Прибор содержит закрепленный на оси барабана электромагнит с подвижным ферромагнитным диском, ограничители конечного положения грузов и светопроницаемую шторку, а также датчик угловых положений барэбзна в виде двух оптронных пар, взаимодействующих со шторкой. Кроме того, прибор содержит блок управления и регистрации, связанный с да гчиком двух угловых положений барабана. 4 ил.
СОКЗ3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (st)g G 09 В 23/06
ГОСУДАРСТБЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786132/12 (22) 25.01.90 (46) 15,01.92, Бюл, 2 (71) Уральский электротехнический институт инженеров железнодорожного транспорта им, Я,М.Свердлова (72) Л,А.Афанасьева и КЗ.И,Богданов (53) 371.66/67(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 989573, кл. 6 09 В 23/06, 1981. (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО МЕХАНИКЕ (57) Изобретение относится к учебным пособиям по механикс и может использоваться в качестве демонстоационного или лабораторного прибора для количественной оценки выполнимости законов сохранения
Изобретение относится к учебным пособиям по механике и может исг<ользоваться в качестве демонстрационного или лабораторного прибора для количественной оценки выполнимости законов сохранения ломента импульса и механической энергии, измерения момента трения в системе, изучения его зависимости от скорости вращения и определения момента инерции тела любсй конфигурации относительно вертикальной оси.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения количественной проверки законов сохранения механической энергии и момента импульса.
На фиг. 1 схематически показан учебный прибор, общий вид; на фиг.2 — схема блока управления и регистрации; на фиг.3 — схема измерения углового положения барабана; на фиг,4 — диаграммы сигналов на неко.<о .0 1705854 А1 момента импульса и механической энергии.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за с:ет обеспечения количественной проверки законов сохранения механической энергии и момента импульса, Прибор содержи1 закрепленный на оси барабана электромагнит с подвижным ферромагнитным диском. ограничители коне <ного положения грузов и светопроницаемую шторку, а также датчик угловых положений барабана в виде двух оптронных пар, взаимодействующих со шторкой. Кроме то<о, <рибор содержит блок управления и регистрации, связанный с да гчиком двух угловых положений барабана. 4 ил.
) рых элементах блока управления и регистрации.
Учебный прибор по механике содержит установленную на основании 1 ось 2, несущую барабан 3. На боковой поверхности барабана 3 радиально установлена шпилька
4, на которую накидывается пе ля. в. полненная на одном конце гибкого элемента— нити 5. Другой конец нити 5 соединен с тарированной пружиной (динамометром) 6, установленным на основании 1. Горизонтальные консоли 7 на противоположных сторонах барабана 3 удерживают наклонные направляющие 8. В последних просверлены отверстия для установки фиксаторов 9 конечного положения грузов 10, скользящих вдоль направляющих 8. Величина наклона направляющих 8 выбирается экспери лентально такой, чтобы скомпенсировать силу трения скольжения грузов l0 вдоль направляющих 8, т.е. чтобы они свободно скользили по направляющим 8 до фиксаторов 9
1705854
К 1(ъ (
Г ((;; ((jlii .1 —,л!1 ã)»,ц(. Ч(((()х((tIF(
>jстанОн»:. ) М )I eт PepЕMЕ(. !; I i,;Р bу .,(,Ял ОС<1 НРа
1 (!iÐñ;((Р I,О ХНПСГОFИс, IЗ 6:>раt0 - . (у(0 ОГI(Р
rtl4 tir i"„.rjFI (4, >а(! у(("(;XOM 17 r 00()HO Г (?I(b(На
I rЛССтГ1Я,<ИИ Обв(. >С..<ИНаЮ(>Р.1 а< НИГН, К.
c (.r:.«- С,д(>г:кпм 17;c-.;t! э i-кl t.)ci(,;ÿl ПT 15 (>: . КО 4Ц! ", О),Л,Н()й ИЛ К(()((()ЛЕ(1 (УК()ЕП 1еча ii . Орка 6. (а тра к!Ор ".. .<ни;. ei ИР . > (,;) и 1 (.1 а > < c . н i i л i (,(; ((? =. О г> т p o (i H ы г ((а р !
i (О, О!1<ИЧЕ!., Киr Qr (1 К()ТОС (Х Па()(10»ож НЬ
;("алli(" I, с ...(:(O=,» (H! r> ПЛГ> )б):>;< -. ,- (Л (Я,-, (i(i((,ГЛ(i(((С!Е; I 3.1Н(«(,«1 i)ãorl ( рт:(1! 2)). LI,I. -пр:.а It"(LI .. и .ро! Ны;- и-:)Г 17 (Г 3 К д >1 (!К (9 (1 "С, уi л(ЯЫХ ПОЛО" ( =(1 ()q!)аб> j (а,,<, /.с 1Р у(1 I) lнле!! и)? Г>prоцес (: г л, Ч; ч, . " t t е! и t, i -.l i i i (! 1 jt e ) у н ь т (т 0 н
7!),;(„ i, (-;,: и ()егиг>р;>((ии
0 УР с()))(.j„j;! IT j:c нхолных vc(1
: т(-(((л i 1 и,.(.,, 1 pl it! Р;) ы,), ) ..а(пс)Г ка !1,) 4 зле(,:. ); ь1)ПИ 25, три элемента
; (? сс)(а; "- и xox>:,<ута>ор 29 t>peM(;(i(i; x 1 <,(=I)F.=((),;. to elep;iic)р 30 nt>opiio(<эс— (ы, (1л,(: Рilb . 3 i trioLI,HocTii р. Г>1 т>)! ру>(1(ци(1 узль(32 и ЗЗ и элементы коммутации — T)÷6)t>PO 34 " )лектромагчит" .1 K(4опку 35 "(!)<)Ос"
У-.. (!лители 2! F4 22 служат (1пя согласова (Ä(FI нь(r()(>Он аа-, !L(;;I 19 о >л(.>1!.ii iа<с1и блок.! .! У I р(1ггер 2З эапц)ска и элРмРНГ 76 гон
П Л!i e!It IЯ П Pe>QНЯЗHаЧР Ч Ы ДJI Я С!1НИЗ(( псуска блока 2Г) УР с опрецеленнл ,глоным попс жением барабана 3.
К((! <м утатг) р ? (! и рРДстлвп Р е! ГобГ)Й пс)
>едователt,HО 00eдиненныс дноичHbi>4
<;- oHûé с е ик 36 и дешифратор З7 дноi Ili, O КП )а и и<ЕЕТ Оу)(и>! <>нфО,.>маци )НН и (1 С )$(1Н .1 Ра(3!1 Я IПO! "(и F) )).i r П :,! (ДГ а l lнф >Р! (r) ционнь(х (первь>й и 1!)0(>1)1 Два упранляк> . („(Втврвй И ЧЕтнвр(Ый) ВЫХ(>да L1 Глсуж> t ! Р ) FI (! (ЕДЕ Л С (И Я Н р Е, 1 ь - < (! Ы Х И >1 T! I) R Or r j O!3
i:o ре-i>ã Tðèðó>c»öH..I,(зл,-.; 32 и 33 и упр:;!; .-- Пщих с(<гH.>)IO(> и.) усилi>ter> 31 t:o ö r Lj(ИЛИ-ЕЛЬ 1 l,Oil>> ДР ICH>C)pC(38 Ooilb r r, I л С б и 0 к Г <(39: 5 !» с .! i (л
i, <. каггшкдй алек рс 1згни(а 15 ° орс ((1pi1 с1;)p 4 1, и lip!)()нг,.>н (lp!I .; .! \ (лР()(<я >„-.ьляЮщ.:-гс С,, н-ала;:...>r.:..;, р„- 29 НК:>Ю I (Я ЭЛЕ<с;рОМЗ (Ита 15 Tlr, (<Ер ". 3 .ПРЕТ СЛужи Ц(?» Rj (: "4(>ТИ(<Е(.КГ)ГО (ср(" (<(.Р И(.1 1 ),.; р.—,; . >(Рт 1 (.); 1 элемен! 26 сон((адения после завершения д<(у: оборотОR ба()абана 3 (1ерный ныход дат <и((а 19 (выход оптронной (!ары 17) соеДИЧЕ Н С НХО >0(1 Г1РP>30< О ВХГ(ДНО! О УСИЛИТРЛЯ 5 2 1 выход которого через триггер 23 и схему 26 < .онпадения подкл(очен к l1«формациончо.>у нх(ду кпмму1àTîра 29. <Зднонременно нь(ход угилителя 21 t>0дан на вход „ -лемента ИЛИ 25), f3)opntl выход 1<3 да<чика 19 (выход оптронной пары 18) соединен ". входом L)Top((i 0 вход((ого усили геля 22. вых()д которого подкл(очен к дру! ому . холу элемента ИJIN 25, 1ерный выход ком<1у. э ора 29 <еjieз второй эле! ент 27 (:онпа1 . д:-:! Я соединен с и. формаци»«!bib> входом и- .нного регистгиру . шР. о суз(!а 32. Ыторой (од ком(",ута(()ра 29 ерез усилитt:j((, 31 ",: c>!iL«oo ((1,i ту 46>ierp,<4 и )д! 110 (ен r, к(пуш . >ектрок<а нита 15 1Петин выход vо>>му2Г! <это ра 29 че поз >ретий элеме>< г 28 (i 3. lадР!4(1(> Ilоi)oil н (и(((1)ОР(с>ациончыи Fx, p (oI)o(o I)e(LIcTp;IpyI0t!ate(о узлa 33. 1етЯер ый нл(ход ко (>у .а Opd 29 соедин(i< че ((-:3 < ()и(t ep 2 1 с Гр(з I (- <1>1 нходо!л Jfl!) t 1(.H Га .)() со<)г(аде !,и HT0p(-Ie нходл! элементов 27 l1 28. 00!3(адения соед XHpHbl l: выходо(1 ге((Рpa)nj;а 30 опорной -ta(.ãoòbt. УпранляюL<«r ВХОдЫ:ОММута i Ops 29 и ое;истрирующих узлов 32 и 33, а такж(нто.40 рbie входы "с F) poc . слyxxr> (j (-is! pnFI сб()Оса B I4 !lb Гс(eTчика 36 и регистриру>ощих узлов 32 и 33 и Для начальной установки три! <еров 23 и 24, 35 и тумблер 34. соединяющий выход усилителР 31 мощности с катушко(1 aj)e((>p(jMa!HLITa 15. pacooF(04(et 20 VP Цсднижные p;rat;i 10 ныпол -!() варов со сквозным диаметр;«Iü»LIM огверГ,;и(.м. OoTpoHHbi< пары 17 и 18 изготовлены н;) базе фотодиодов cj)(0 8. В качес!не злеI !)(Иi(îé базы при изготовлении блока 20 УР ?1(.г!Ольэонаны к:ихрос; е(.(ы 155-й серии. 45 Г ус(>г<(стеле 31 мощг<ости применены ирис; )p КУ 201 зу!ектполитический конденсат()j) 1И<; 3 К 50 6 емкостью 2000 MK(D, велич. на оп рот ..(>net: >я резистора 40 выбрана;а ои. что;.),j to(.:,eðåç тиристор 11 и ре ис гор -ока .)9 (>ита>>ия был меньш= тока удецж,-<; Я т(;)(1стоРа. В качестве peti" трирук(L4, узпог; 3? и 33 применены -""ет-:,ики- екунд()- -:рл! у.<ебные "Кварц" «" vi 3.770.006 V; н(>ратор 30 опорной час,тг-. :рЕ ЛИЗОНа . (.. СтаНдартНОй СХЕМЕ 1«УЛьс! В OР>ГÎ!)- .> >(, (:;:.. (ЕСKÈХ ЭЛЕМЕН аХ С (1L):1(: (ени .. j((. -за..(ак.(цей цепочки. Y (еб. и и!)(10(.-р по механике работает с, Р ."< у . r) (L1 f (б) !) а " n t . 1705854 При равновесном положении тарировэнной пружины (динэмометра) 6, шторка 16 должна перекрывать оптическую ось оптронной пары 17. Прибор приводят в рабочее состояние. Для этого грузы 10 закрепляют фиксатором 9 конечного положения или фиксатором 11 ис,.одно о положения на зэданнол1 расстоянии О- >си вращения. Иакинув петлю,<ити 5 на о« л,-:.у 4,вручную поворачивают барабэ < 3 против часовой стрелки, при этом нить 5, наматываясь на барабан 3, растягивает пружину, 11эжэтием кнопки 35 "Сброс" приеОДЯ< ВС". ЭЛЕМЕНтЬ< СХСЛ1Ь< В ИСХОДНОЕ СОСтОяние, при котогом н= выходе tpi1< fPpa 24 запрета устэн;<. ливэе1ся высокий потенциarI, на выхor 1-,р:. IPpa 23 запуска — низкий потенциал и счег <ик 36 коммутатора 29 и ре истпирующие узлы 32 и 33 устэн".вливаются в исходное состояние. Затем барабан 3 освобождают и он за счет силы растянутой пружины 6 приходит во вращение. К моменту достижения пружи <ой 6 равновесия система приобре1эет максимальную скорость вращения, петли нэ «o;II На зы. одах оп<ронных пэр р17 и 18 возникают импульcL . посту пающие нэ входь усилителей ?1 22. П-.реый импульс, пройдя уси«<1тель 21 и дей тву; нэ -lrillгер 23, оТ ,:ры-эет элемент 26 совпадения проп, кэIoLI„", 1 и<лпульс< с E.h õoäà ус..лителя 21 <"-.рез схс;.1у lË14 25 к входу коммутатора 29, Это вь<зы чае возбуждение первого в-.tõoÄ < коммутэ-ора 23, которое откр .<вае элемент 27 совпадения. пропус<:ающий импульсы опорной частоты от < енерэторэ 30 к первому регистрируюи<ему узлу 32, фиксиру<ощел1у длительность г<рел1 нного интервала до п1,.<хoдэ второ<о импульса оТ оп.опарь 18. Этот интервал времени < оворотэ барабана 3 на угол А р соответствует максима -. ьной скорости вращения. ВTOРОй ИМПУЛЬС. ВЫЗВЭННЫИ ПЕРЕCÅ×ÅÍLIем шторкой 16 оптической оси оптопары 18, возбуждая выход 2 кол1мутатора, закрывает первый регис1рирующии узел 32 «at;TI 12 под действием магнитной силы поднимается по хвостовику 13 до ограничителя 14. фиксаторы 11 исходно о положения грузов 10 выходя г из отверстий в грузах и освобождают их. До момента форл<ирования следующего импульса от оптронной пары 17 грузы 10 успевают переместиться по направляющим 8 до фиксаторов 9 их конечного положения. Очер»дноt- II j.QO,= <<.I
50 оптических осей оптронных пэр 17 и 18 шторкой 16 сопровождается возбуждением выхода "3" коммутатора и формированием и измерением временного интервала регистрируемого узлом 33, соответствующего скорости вращения системы через один оборот после первого измерения с измененным положен ..ем грузов. С nf.ðåõîäîì возбуждения на четвертый выход коммутатора 29 триггер 24 переключается и запирает схему 26 совпадения, поэтому дальнейшее вращение системы не изл1еняет состояние выходов коммутатора 29, пока не будет снова нажата кнопка 35 "Сброс". При повторнол1 нажатии кнопки 35 в процессе свободно о вращения регистрирующие узлы 32 и 33 зафиксируют интервалы времени, соответствующие скоростям двух последовательных оборотов барабана. Проверка закона сохранения и превращения энергии осуществляется при выключенном с помощью тумблера 34 электромагнита 15, Грузы 10 фиксируют в заданном положении на направляющих 8 фиксаторал<и конечного положения 9, которому соответствуе момент инерции системы 12. Прибор приводят е рабс <ее состояние, рэстянуя пружину 6 нэ заданную длину Л х и, предвэрительно нажав кно ку 35 "Сброс", отпусh..- Предлзгаел<ыи у <; н-I;;.рибор по л<еха,«1Хе В рЕЗуЛЬтЭГЕ ВВЕдЕЧ<Ля В НЕГО ".OВОкуПности носых го срэененип с прототипом злеMpt Формула изобретения Учебный прибор по;<еханике, содержащий установленный на вертикальной оси барабан с закрег<ленными на нем радиально напрэеляю.цими с nopai.жными груз;<ми, фиксаторы исходного положения грузов, ис1705854 точник механической энергии, через гибкую связь кинематически соединенный с барабаном,отл ичаю щийс ятем,что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения количественной оценки закона сохранения энергии, в него введены дополнительно закрепленный на оси барабана электромагнит с подвижным ферромагнитным диском. ограничители конечного положения грузов и светонепроницаемая шторка, закрепленные на направляющих, датчик угловых положений барабана, выполненный в виде двух оптронных пар. взаимодействующих со шторкой, а также блок управления и регистрации, при этом направляющие установлены с наклоном, фиксаторы исходного положения закреплены на ферромагнитном диске, источник механической энергии выполнен в виде тарированной пружины, датчик угловых положений через блок управления и регистрации связан с электромагнитом, при этом блок управления и регистрации выполнен из двух входных усилителей, триггеров запуска и запрета, элемента ИЛИ. трех элементов совпадения, коммутатора временных интервалов, усилителя мощности, генератора опорной частоты, регистрирующих узлов и двух элементов коммутации, причем выходы датчика соединены с входами уси5 лителей, выход первого усилителя через последовательно соединенные триггер зап гека и первый из элементов совпадения подключен к информационному входу коммутатора, выход второго усилителя через элемент 10 ИЛИ соединен с выходом первого усилителя, первый и третий выходы коммутатора через второй и третий элементы совпадения соответственно соединены с информационными входами регистрирующих узлов, вто15 рой выход коммутатора подключен через усилитель мощности и элемент коммутации к электромагниту. четвертый выход коммутатора через триггер запрета соединен с третьим входом первого элемента совпаде20 ния, управляющие входы коммутатора, регистрирующих узлов, вторые входы триггеров запуска и запрета через второй элемент коммутации соединены с общей точкой, а выход генератора опорной частоты 25 соединен с вторыми входами вгоро о и третьего элементов совпадения, ч Ц 1 1 1705854 1705854 4 К Cdjoc Редактор С, Лисина Заказ 195 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Яых Z7 алых.2Л Яь/х, Д &r. ZO Й х. 2ф Ь х. Ю йя _#_/ô Ь х Ы » Составитель Л, Прохорова Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Л. Патай
