Устройство для демонстрации колебательных процессов

 

Изобретение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам ПО фИЗИКе. И УОЖет быТо ИГГ:СЛЬЭСВЭНО В ряде лекционных наглядных экспериментов по физике при изучении колебаний. Цель изобретения - повышение нагляднссти путем обеспечения линейной зависимости затухания от скорости колебаний. Устройство для демонстрации колебательных процессов содержит колебательный элемент в виде градуированного диска, кинематически связанный с приводом возмущающей силы, и средство для затуланик колебаний. Длс. подвешен в горизонтальной плоскости с возможностью колеоаний вокруг подс.-СЭ. а средство затулония выоплнено о виде конического с вязкой жидкостыс и помещенного в него с возможностью I-:M ji-e. глубины погружения конического гр, з;. ;; заннсго с диском посре оспой с диском. 3 ил. IC tiCM , ССи

1707613

55 е инеи с кривошипно-шатунным механизмом 11. связанным посредством нити 12 и псеоротного блока 13 с установленным на втулке 14 рычагом 15. При этом втулка установлена нэ стойке 1 и связана с подвесом 3 диска 2. Один конец рычага 15 является инди«втором положения возмущающей силы, а другой конец прикреплен к неподвижной амортизирующей пружине 16. Шкала диска 2 служит для измерения„амплитуды колебаний, указатель 17 — для установки начального положения и отсчета амплитуды. Шкала возмущающей силы выполнена в виде градуированной неподвижной втулки

1п, устэноеленной нэ стойке 1, Устройство для демонстрации колебательных процессов (фиг,3) шкала для измерения амплитуды колебаний неподвижна, а регулируемый указатель 17 находится на ... cre, причел1 для установки начального по з.+.ен.»я указатель 17 можно перемещать т«ос.1теллHQ диска 2.

Устp,",. ство для дел1онстрации колеба.е".ьных процессов работает следующим

При «олебанни груза, подвешенного на псу нн, зае1симость амплитуды и фазы е «1укден«1ых колегэ,1ий от частоты остается в cvne и для крут,1льных колебаний. Нужн тель«о so scev формулах заменить силы .1. л1ентами соответствующих сил, массу гр;эа — моментом инерции дискэ, коэффиц <=нт жесткости пружины — модулем кручей,1я порееса, а координату груза — углом поеорота диска, поэтому npeorðççoeàí«lÿ пп; еодят к зависимости угла поеэрота ; в виде состношения о) А .. А„, где ес-, — собстееннэч (кругоеая) частота

«o";"5àh «»«1 тела;

< > — частота 6h чуждзющей силы:

А — амплитуда колебаний тела при данной (3c Ти. å вы«»уждэюще; силы;

fez»,3 — ahlnл1 туда его колебания при резонансе, Есл«1 диск 2 поеернуть нэ некоторый у;of\ " Bo«I:yг еертпкэл ной1 оси, а за. ем о,стнть. 1D ое Г,дет совершать вокруг э и оси кру,и .nHh!: «елебэния с сэбстеенHO Ч g TOTOA С »-,, кетГРЭЯ ЗЭЕ .СИТ OT hlG

МЕНта ИНЕРЦИИ Д .1GÊà " Ел1ЕСтЕ С КОНИЧЕСКИЛ1 грузом б и модуля «ру«енпя пэдэесэ 3, Благодаря внутреннему трению, еозникающеh;y в слое вяэк".и ж »дкссти h.eлкду сте«хэм«1 груза б «1 стэ:эеэ 4, Hà груз б действ,er момент сил, BponoI ионэль«1ый углоьо«1 скорости д, с«э и е:. эыеэющий ээтухэч«1е его колебэн«й. Зэт;канне увеличивается

35 и ри опускании конического груза 6 в вязкую жидкость 5, поскольку при этом зазор между стенками груза 6 и стакана 4 уменьшается с увеличением глубины погружения конического груза в вязкую жидкость 5.

Устройство для демонстрации колебательных процессов используется следующим образом.

Индикаторы 17 и 15 шкал устанавливают в нулевое положение путем их передвижения при выключенной возмущающей силе.

При демонстрации определения периода и частоты собственных колебаний вынуть конический груз 6 из вязкой жидкости 5 вверх и закрепить винтом 8. Отклоняют рукой маятник на фиксированное положение и, измеряя среднее время То заданного числа колебаний, демонстрируют определение

1 частоты собственных колебаний vo = .— . о

Для демонстрации декрементэ затухания колебаний конический груз 6 опускают на фиксированный уровень в конический стакан 4 с вязкой жидкостью 5. Отклоняют рукой диск 2 на фиксированное положение

Ао и отпускают. При возвращении в исходное положение диска 2 последовательно фиксируют значения его положения по шкаЛЕ. НаПрИМЕр А1,А2,...,Aп ОтКЛОНЕНИя В ОтНСсительных единицах шкалы, и определяют декремент затухания колебаний по соотноА шению h. — и соответственно логаÀï-1 рифмический декремект затухания:

И - In Лср - 2,3lg Л;р.

Для демонстрации вынужденных колебаний включают электродвигатель 9, регулятором оборотов двигателя 10 устанавливают частоту возмущающей силы по шкале 18 и фиксируют амплитуду отклонения диска 2 по его шкале. затем, изменяя частоту возмущающей силы, показывают изменение ампл туды колебаний диска 2 в зависимости от возмущающей силы и прохождение колебательной системы через резонанс, причел1 прибор дает воэможность наглядно убедиться в том, что вначале при малых чгстотэх возбуждающей силы (до резонанса) нэпрэе;.н«»р ho eáàíèé возмущающей силы и д«с.э сопэдэют: стрелки по шкале16и пошкэ,".еди кэ2движутся в одну сторону одновременно. Наоборот, при прохождении резо1энгэ, после резонанса) направление коле5эний возмущающей силы и диска 2 прот«1еоположны; колебания диска

2 отстают по фазе ст кслебаний возмущающей силы на 1SO .

1707613

Изменяя затухание колебательной системы путем изменения положения подвижного конического груза 6 в вязкой жидкости

5, демонстрируют угол сдвига фаэ между возмущающей силой и колебаниями диска.

При этом учитывают, что колебания возму- 5 щгющей силы отстают llo фазе оТ колебаний диска. При этом также имеется возможность ность затухающих колебаний диска эа счет изменения положения конического груза в вязкой жидкости, 10

Таким образом, устройство для демонстрации колебательных процессов дает воэможность демонстрировать такие колебательные процессы. как собственные 15 колебания и их частота. декремент затухания и возможность его анализа, резонансные колебания с воэможностью визуализации фазовых соотношений между возмущающей силой и колебаниями маят- 20 ника. затухающие колебания и их фаэовые соотношения.

Формула изобретения устройство для демонстрации колебательных процессов, содержащее связанный со стойкой колебательный элемент в виде градуированного диска, кинематически связанный с приводом возмущающей силы. и средство для затухания колебаний, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения наглядности путем обеспечения линейной зависимости процесса затухания от скорости колебаний, диск подвешен на стойке в горизонтальной плоскости с возможностью колебаний вокруг подвеса, средство затухания выполнено в виде конического стакана, заполненного вязкой жидкостью, и помещенного в него с воэможностью изменения глубины погружения конического груза, связанного с диском посредством штанги, расположенной соосно с подвесом диска.

1707613

Составитель М. Коноваленко

Редактор Л. Гратилло, Техред M,Mîðãåíòàë Корректор Н. Ревская

Заказ 268 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101