Учебный прибор по физике

 

Изобретение относится к учебным пособиям по физике и теоретической механике. Цель изобретения -повышение демонстрационного эффекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний. Учебный прибор по физике содержит основание, пат нель, упругую пластину, электродвигатель , который закреплен на пластине , подвижный груз, эксцентрично закрепленный на валу двигателя, шкалу амплитуд, изображение резонансной .кривой с осью частот, на которых установлены световые элементы, соединенные через многопозиционный переключатель с гёрконом, установленными под шкалой амплитуд. Первый постоянный магнит укреплен на грузе, второй постоянный магнит установлен на упругой пластине, световой элемент укреплен на грузе и соединен с источником питания через контакты скольжения. Геркон с замыкающими контактами установлен на торце двигателя, замыкающие контакты реле включены параллельно геркону, 2 ил о (Я

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц)5 0 09 В 23/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ. НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4790439/12 (22) 08. 02. 90 (46) 15.03.92. Бюл. Р 10 (72) Н.Г. Щербаков и Л.Д. Иванов (53) 658. 386.01 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1137502, кл. Г 09 В 23./06, 1985. (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ (57) Изобретение относится к учебным пособиям по физике и теоретической механике. Цель изобретения — повышение демонстрационного эффекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний. Учебный прибор по физике содержит основание, панель, упругую пластину, электродвиИзобретение относится к учебным пособиям по физике и теоретической механике и может быть использовано дпя демонстрации вынужденных механических колебаний в некотором диапазоне частот, явления резонанса, зависи-. мости резонансной частоты от массы колебательной системы, зависимости ам. плитуды вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы, а также для демонстрации сдвига фаэ межпу часто-той колебаний вь нуждающей силы и вынужденных колебаний механической системы и его зависимости от частоты вынуждающей силы.

Известен учебный прибор по физике, содержащий корпус с закрепленным на нем колебательным элементом, выпол„„Я0„„1720069 А 1

2 гатель, который закреппен на пласти.не, подвижный груз, эксцентрично закрепленный на валу двигателя, шкапу амплитуд, изображение резонансной кривой с осью частот, на которых установлены световые элементы, соеди- . ненные через многопозиционный переключатель с герконом, установленными под шкалой амплитуд. Первый постоянный магнит укреплен на грузе, второй постоянный магнит установлен на упругой пластине, световой элемент укреплен.на грузе и соединен с источником питания через контакты скольжения.

Геркон с замыкающими контактами установлен на торце двигателя, замыкающие контакты реле включены параллельно геркону. 2 ил. ненным в виде упругой пластины, возбу-. днтель колебаний, выполненный в виде > .электромагнита, подключенного к гене- 3 ратору переменного тока, установленные вдоль оси пластйны направляющие и раз- (, . > мещенную в них каретку с установлен» ( ным на ней корректором магнитного по- р ля. При этом. корректор магнитного р поля выполнен в виде рамки из ферромагнитного материала с постоянными магнитами. размещенными вйчтри нее один напротив другого, причем элект- Ь ромагнит установлен на каретке вдоль В. оси пластины, а рамка — перпендикулярно к ней.

Данный учебный прибор позволяет производить снятие количественных характеристик явления механического

1720069

50 резонанса плоских пружин, но не позволяет наглядно демонстрировать большой группе слушателей сдвиг фаз между частотой колебаний вынуждающей

5 силы и частотой вынужденных колебаний.

Цель — повышение демонстрационного эффекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний.

Данная цель достигается тем, что учебный прибор по физике, содержащий блок питания, корпус с закрепленным на нем колебательным элементом, выполненным в виде упругой пластины, установленный с возможностью взаимодействия с упругой пластиной возбудитель механических колебаний, электрически связанный с узлом управления, содержит вертикально установленную панель с графически выполненными на ней шкалой амплитуды колебаний и резонансной кривой, установленные. на ней светоиндикаторы, герконы и постоянные магниты, многопозиционный 25 переключатель. При этом возбулитель механических колебаний выполнен в виде закрепленного на упругой пластине электродвигателя, на валу которого эксцентрично закреплен груз, движки многопозиционного переключателя и потенциометра механически соединены между собой и электрически подключены к разнополярным клеммам источника питания. При этом первый постоянный

35 магнит установлен на грузе электродвигателя с возможностью взаимодействия с первым замыкающим герконом, размещенным на корпусе электродвигателя, второй магнит размещен на плас- 40 тине с возможностью взаимодействия с первым размыкаюшим и вторыми замыкающими герконами., причем первый вывод первого замыкающего геркона связан с первой клеммой источника питания, а через последовательно соединенные реле, первый размыкающий геркон и первый светоиндикатор его второй вывод соединен с второй клеммой источника, один из выводов каждого второго замыкающего геркона соединен с соответствующей клеммой многопозиционного переключателя, а через соответствующие светоиндикаторы— с второй клеммой источника питания, к которой через потенцнометр подключена одна из клемм электродвигателя,: вторая клемма которого подсоединена к первой клемме источника питания, а первый замыкающий геркон зашунтирован замыкающей контактной группой реле.

На фиг. 1 изображен прибор, общий вид; на фиг. 2 — то же, принципиальная электрическая схема.

Учебный прибор по физике содержит блок 1 питания, корпус 2, с закрепленным на нем колебательным элементом, выполненным в виде упругой пластины

3, установленный с возможностью взаимодействия с упругой пластиной воз будитель механических колебаний, выполненный в виде закрепленного на упругой пластине электродвигателя 4, электрически связанного с узлом управления, на валу 5 которого экцентрично закреплен груз 6, вертикальную панель 7,- с графически выполненными на ней шкалой 8 амплитуды колебаний и резонансной кривой 9, установленные на ней светоинликаторы 10 и 11, герконы 12-14 и постоянные магниты

15 и 16, многопозиционный переключатель 17, потенциометр 18 и реле 19, при этом светоиндикатор 10 связан со схемой управления при помощи скользящих контактов 20.

Движки многопозиционного переключателя 17 и потенциометра 18 механически соединены между собой и электрически подключены к разнополярным клеммам источника питания. Первый постоянный магнит 15 установлен на грузе 6 электродвигателя с возможностью взаимодействия с первым замыкающим герконом 12, размещенным на корпусе электродвигателя. Второй магнит 16 размещен на пластине 3 с возможностью взаимодействия с. первым размыкающим 1.3 и вторыми замыкающими

14 герконами. Первый вывод первого замыкающего геркона 12 связан с первой клеммой источника питания, а через последовательно соединенные ре ле 19, первый размыкающий геркон 13, первый светоиндикатор 10 и скользя.щие контакты 20 его второй вывод соединен с второй клеммой источника 1. Один из выводов каждого второго замыкающего геркона 14 соединен с соответствующей клеммой многопозиционного переключателя 17, а через соответствующие светоиндикаторы 11 .— с второй клеммой источника питания, к которой через потенциометр подключена одна из клемм электродвигателя 4, вторая клемма которого под172006

15

20 тины 3 вынуждающую силу. Под действием этой силы упругая пластина 3 начинает вынужденные колебания, что наблюдается визуально по шкале 8 амплитуды колебаний и миганию первой пары светоиндикаторов 11, установленных на выходящей ветви резонансной кривой 9 и на ее оси частот, которые мигают в результате взаимодействия второго постоянного магнита 16, установленного на пластине 3, с опним из герконов 14 соответственно положению подвижного контакта переключателя 17.

При установке рукоятки переключателя 17 в положение II первая пара светоиндикаторов 11 прекращает мига- 40 соединена к первой клемме источника питания, а первый замыкающий геркон 12 зашунтирован замыкающей кон= тактной группой реле 19.

Учебный прибор по физике работает следующим образом.

В исходном положении рукоятка многопозиционного переключателя 17 узла управления прибора должна быть установлена в нулевое положение. Затем включается выключатель В1 подачи питания и рукоятка многопозиционного переключателя 17 устанавливается в положение I, что приводит также к перемещению движка потенциомет-. ра 18, уменьшению его сопротивления и увеличению тока в цепи электродвигателя 4. Вал 5 двигателя 4 начинает вращаться и одновременно начинает вращение груз 6, При вращении груза

6 им развивается центробежная сила, которая представляет для упругой пласние, уменьшается величина сопротивления потенциометра 18, число оборотов двигателя 4 увеличивается. Одновременно увеличивается частота вынуждающей силы, д в, результате увеличивается амплитуда колебаний упругой пластины 3 и начинает мигать вторая пара светоиндикаторов 11.

При установке рукоятки многопозиционного переключателя 17 в положение

III частота вынуждающей силы приближается к собственной частоте я колебательной системы. Обучаемые наблюдают более интенсивный рост амплитуды вынужденных колебаний упругой пластины 3, которая достигает максимума, т.е. наступает резонанс, который фиксируется миганием светоиндикатора 11. расположенного на вершине

9 6 резонансной кривой 9. По мере дальнейшего увеличения частоты путем поворота рукоятки переключателя 17 амплитуда колебаний упругой пластины 3

5 уменьшается, что наблюдается визуально по шкале 8 амплитуды колебаний и миганйю световых элементов 11 на нисходящей ветви резонансной кривой 9 и ее оси частот.

Одновременно с началом вращения вала 5 двигателя 4 .начинает автоматически работать. измеритель сдвига фаз между частотой колебаний вынуждающей силы и частотой вынужденных колебаний системы, включающий элементы преобразования положения подвижного груза 6 двигателя относительно положения упругой пластины 3 в нулевом делении шкалы 8 амплитуды колебаний.

Так, при вращении подвижного груза

6 первый постоянный магнит 15 cosep™ шает круговое движение и периодически взаимодействует с первым. замыкающим герконом 12, установленным на корпусе двигателя 4 в верхней части его торца, и замыкает его контакты.

Последний срабатывает, подключая к источнику 1 питания цепь, состоящую из электромагнитного реле 19, первого размыкающего геркона 13 и светоиндикатора 10. При этом светоиндикатор 10 начинает светиться, а замыкающие контакты реле 19 шунтируют контакты геркона 12, переводя реле 19 на самоблокировку. Светоиндикатор 10 будет светиться до тех пор, пока второй постоянный магнит 16 упругой пластины 3 не совместится с первым размыкающим герконом 13 вертикальной панели 7.

При этом контакты геркона 13 размыка- . ются, цель обесточивается, светоиндикатор 10 гаснет. В результате этого

45 обучаемые наблюдают светящуюся дугу, длина которой определяет величину сдвиГа Фаз между частотой колебаний вынуждающей силы и частотой вынужденных колебаний. Поскольку этот про50 цесс повторяется периодически, то обучаемые видят устойчивую светящуюся дугу. По мере роста частоты длина дуги растет, достигая значения /2 при резонансе и близкой величины к Ф

55 при максимальной частоте вынужпающей силы.

Лемонстрация зависимости резонансной частоты от массы колебательного элемента и его упругости осуществляет17 2006 ся путем установки сменного груза 6 на свободный конец упругой пластины

3 и подбора рукоятки многопозиционного переключателя 17 новой резонансной частоты .или путем перестановки по высоте электродвигателя 4 на упругой пластине 3, а также нахождения новой резонансной частоты.

Предлагаемая конструкция прибора щ позволяет наглядно продемонстриро° вать большой группе слушателей важные явления вынуяденных механических колебаний.

Формула изобретения

Учебный прибор по физике, содержащий блок питания, корпус с закрепленным на нем колебательным элементом, gp выполненным в виде упругой пластины, установленный с возможностью взаимодействия с упругой пластиной возбудитель механических колебаний, электрически связанный с узлом управления, 25 о т л и .ч а ю шийся тем, что, с целью повьипения демонстрационного эффекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний, он содержит вертикально установленную панель 39 с графически выпблненнЫми на ней шкалой амплитуды .колебаний и. резонансной кривой, установленные на .ней светоиндикаторы, герконы и постоянные магниты, многопозиционный переключатель, 35 потенциометр и ррле, при этом возбу9 в дитель механических колебаний выполнен в,виде закрепленного на упругой пластине электродвигателя, на валу которого. эксцентрично закреплен груз, движки многопозиционного переключателя и потенциометры механически. соединены между собой и электрически подключены к разнополярным клеммам источника питания, причем. первый постоянный магнит установлен на грузе электродвигателя с возможностью взаимодействия с первым замыкающим герконом, размещенным на корпусе электродвигателя., второй .магнит размещен на пластине с возможностью взаимодействия с первым размыкающим и вторыми замыкающими герконами, причем первый вывод первого геркона связан, с первой клеммой источника питания, а через последовательно соединенные реле, первый размыкающий геркон и первый светоиндикатор соединен с второй клем- .

MoN источника., один из выводов каждого второго замыкающего.геркона со» единен с соответствующей клеммой многопозиционного переключателя, а через соответствующие светоиндикаторы с второй клеммой источника питания, к которой через потенциометр подключена одна из клемм электродвигателя, вторая клемма которого падсоедннена к первой клемме источника питания, а первый замыкающий геркон зашунтирован замыкающей контактной группой реле.

17200б9

Составитель. Н. Щербаков

Техред А.Кравчук

Редактор М.Кобылянская

Корректор. M. Самборская

Заказ 773 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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