Учебный прибор по физике

 

Использование: учебные приборы по физике, позволяет расширить диапазон решаемых задач путем демонстрации процесса образования стоячих волн. Сущность изобретения: при перемещении шаблонов 9 волн (не менее двух) по направляющим навстречу один другому последние, воздействуя на систему блоков средства перемещения шаблонов, размещенного за лицевой панелью прибора, приводят в движение размещенные на вертикальных связях k метки 3, расположение которых по некоторой, кривой, являющейся суммой отдельных функций, зафиксированных на шаблонах 9, будет представлять стоячую волну. Кроме того, прибор позволяет демонстрировать сложение нескольких форм волн путем перемещения шаблонов 9 как в одном, так и в противоположных направлениях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 ". 09 В 2 /06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изоБРетениям и отнгытиям

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4783592/12 (22) 18.01,90 (46) 23,06.92. Бюл. М 23 (72) А.М.Петров (53) 371.66/67(088.8) (56) Тейлор Ч.А. Физика музыкальных звуков. - М., 1976, с. 40 - 43. (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ (57) Использование: учебные приборы по физике, позволяет расширить диапазон решаемых задач путем демонстрации процесса образования стоячих волн. Сущность изобретения: при перемещении шаблонов 9 волн (не менее двух) по направляющим навстречу один

БЫ 1742846 А1

2 другому последние, воздействуя на систему блоков средства перемещения шаблонов, размещенного за лицевой панелью прибора, приводят в движение размещенные на вертикальных связях

4., четки 3, расположенйе которых по некоторой кривой, являющейся суммой отдельных функций, зафиксированных на шаблонах 9, будет представлять стоячую волну. Кроме того, прибор позволяет демонстрировать сложейие нескольких форм волн путем перемещения шаблонов 9 .как в одном, так и в противоположных направлениях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1742846 4

У, = Y;(х), представленных шаблонами 9. Так, в частности, если вставляется лишь один шаблон Y = Y(x), а вместо остальных установлены вставки нулевой высоты Y;= О, то форма расположения меток в точности повторяет форму шаблона (фиг.l)..Данная демонстрация может быть, например, применена при приближении некоторой функции Y = Y(x) на участке (О, 1) суммой членов тригонометрического ряда Фурье

= A, sin(i x/1), где i = 1,2,3,...;

1 - расстояние между крайними

ы резинками, При демонстрации бегущей волны в направляющие 8 вставляют один

20 шаблон 9, имеющий форму данной волны, а остальные шаблоны заменяют я вставками нулевой высоты, При вращении ручки 7 средства 6 перемещения шаблонов одно из зубчатых колес 11

25 приводит в движение шаблон 9 волны, имеющий в нижней части зубчатую нарезку. Иетки 3 при этом в точности копируют движение поверхности шаблона.

При демонстрации возникновения я стоячих волн используют два одинаковых шаблона 9 функции Y = Asin(nrem 1); п = 1,2,3,... Каждый из шаблонов приводится в движение своим колесом

11, Поскольку шестерни 12 вынуждают

35 колеса ll вращаться в разные стороны, шаблоны также начнут двигаться в различных направлениях, но с одинако" вой скоростью. Сумма таких волн представляет собой стоячую волну, которую и воспроизведут метки 3. и Ii (x- it)

7 = А sin

Изобретение относится к демонстра ционным приборам и может быть исполь зовано, например, при изучении колебательных и волновых процессов.

11елью изобретения является расширение диапазона решаемых задач путем демонстрации процесса образования стоячих волн °

На Фиг.i изображен прибор, общий вид; на фиг,2 - разрез А-А на фиг.l; на Фиг,3 - кинематическая схема средства перемещения шаблонов волн, Учебный прибор содержит корпус 1, внутри которого на упругих участках связей 2 (резинках) укреплены метки

3. Нижние концы D резинок 2 укреплен на корпусе 1, а верхние концы В привязаны к гибким участкам связей

4 (нитям), которые проходят через систему подвижных и неподвижных блоков 5 и свободными концами С крепятс к корпусу. Вдоль корпуса 1 под дейст вием средства 6 перемещения шаблонов волн, приводимого в. движение ручкой

7„ по направляющим 8 могут перемещаться несколько шаблонов 9 волн (число которых в данном случае ограничено четырьмя). Рельеф шаблонов

9 определяет величину отклонений 7 толкателей 10. Средство 6 перемещени шаблонов состоит из ручки 7, цилиндрических зубчатых колес 11 и конических шестерен 12. Концы С нитей 4 крепятся к корпусу 1 с таким расчетом, что при нахождении меток 3 и нижних концов толкателей 10 в нулевом положении (Y=Y =7 -YgY 4=0) все резинки .натянуты и имеют одинаковую длину.

Прибор работает следующим образом

При демонстрации сложения нескольких форм волн соответствующие шаблоны 9 вставляются в направляющие

8. Средством перемещения шаблонов в этом случае не пользуются. Если метки 3 установлены строго посередине резинок 2 (фиг.2), то их перемещение

Y равно суммарному перемещению толкателей 10

2 3 4 (в случае несимметричного закрепления меток их перемещение лишь пропорционально данной сумме).. Величины

Y, ; 72, У>, У4 могут быть как положительными, так и отрицательными, В итоге все метки 3 располагаются по некоторой кривой Y = Y(x), которая является суммой отдельных функций

Движение одного из шаблонов впраап вызывает движение меток, которое 5 может быть описано равенством

5 где Ч - скорость протяжки (не обязательно постоянная).

Второй шаблон, движущийся влево, вызывает движение меток по закону

n8 (x+vt) Суммарное движение меток находят суммированием

17428чб

Г . nn(õ-vt) у = у + Y = А sin — --.== + . 4

ns(x+vt) л

+ sin — — — — ——

1 л л

nax navt 2 А sin — — cos

1 1

Из полученной формулы видно, что метки, расположенные в точках х =

k1/n, где k = 0,1,2,...,n, вообще не движутся (узпы); остальные метки совершают синфазные колебательные движения с круговой частотой nnV/1, а амплитуды колебаний меток зависят от их положения относительно горизонтальной оси х по закону синуса.

Указанные признаки описывают простейший случай стоячей волны. Возможны и более сложные демонстрации, например стоячие волны от движения двух шаблонов в прямом и двух таких же шаблонов в обратном направлениях

Использование изобретения позволяет более наглядно осуществлять де-. монстрации сложения нескольких волновых процессов, в том числе эффекта преобразования волн, бегущих в прямом и обратном направлениях, в Стоячие волны. 9 о Р м У л а изобретения

1. Учебный прибор по физике, со" лержащий размещенные в корпусе набор подвижных вертикальных связей с закрепленными на них метками, набор шаб"

t. лонов волн, установленных в выполненных в корпусе направляющих с возможностью горизонтальнрго перемещения ,вдоль связей, и средство перемещения ,шаблонов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем демонстрации процесса образования стоячих волн, каждая вертикальная связь имеет упругий участок, нижний конец которого закреплен в нижней части корпуса, и гибкий участок в виде нити, один конец которой связан с верхним концом упРугого участка, а другой. конец закреплен на корпусе с возможностью взаимодействия со средством переме« щения шаблонов, которое состоит из размещенного в корпусе набора подвижных и неподвижных блоков, через которые перекинуты нити, и двух барабанов, вращающихся в противоположные стороны и взаимодействующих с основаниями шаблонов, при этом метки раз>> мещены на упругих участках связей, а шаблоны установлены с возможностью взаимодействия верхней кромкой с подвижными блоками. . 2. Прибор по и.1, о т л и ч а юшийся тем, что основание каждого шаблона выполнено в виде зубчатой рейки, а барабаны средства перемещения шаблонов - e ..виде зубчатых колес, образующих с шаблонами зубчатые пары, 174z84u

1742846

Составитель P.Óæâèé

Техред М.иоргентал Корректор C. Шевкун

Редактор И.Шулла

Заказ. 2287 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

313035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101