Учебный прибор для демонстрации бегущей волны

ОПИСАНИЕ< 918965

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 01.09.80 (2 I ) 2977 108/28-12 (51)М. Кл.

9 09 В 23/06 с присоединением заявки №

Гоеударотееиый комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 07.04.82. Бюллетень № 1З

Дата опубликования описания 10.04.82

II0 делам изооретеиий и открытий (53) УДК 625, .8(088,8) (7l ) заявитель (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ

БЕГУШЕЙ ВОЛНЫ

Изобретение относится к обучающим устройствам и может быть использовано при изучении гармонических колебаний в курсе физики.

Известен учебный прибор для демонстрации бегущей волны, содержащий раму с закрепленным на ней горизонтальным стержнем, расположенные на стержне имитаторы элементов волны, выполненные в виде дисков с отверстиями, связанные между собой упругими элементами, муфту сцепления, датчики пе-. ремещения дисков, связанные с блоком регистрации 1:3 .

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет демонстрировать отсутствие предельной составляющей в электромагнитной вол не, и физическое явление, "Фиолетовая катастрофа", которое заключается в том, чтр энергия излучения возрастает по квадратичному закону в сторону укорочения длин волн, затем по достижении некоторой максимальной величины энергия излучения надает. Это значительно понижает наглядность и сужает дидактические .возможности прибора.

Цель изобретения — расширение дидактических возможностей.

Указанная цель достигается тем, что прибор, содержащий раму, с закрепленным на ней горизонтальным стержнем, расположенные на стержне имитаторы элементов волны, выполненные в виде дисков тО с отверстиями, связанные между собой упругими элементами, муфту сцепления датчики перемещения дисков, связанные с блоком регистрации, содержит второй блок регистрации и третий датчик переме15 щения дисков, связанный с ним блок управления скоростью вращения с электродвигателем тахометр, переключатель, и кривошипно-шатунный механизм, на кри1

20 вошипе котброго размещен выступ для вуаимодействия с переключателем, а упругие элементы выполнены в виде пружин сжатия, при этом вал электродвигателя связан с тахометром и через муфту сцеп3 918965 ления и кривошипно-шатунный механиэмс одним из дисков, На фиг. 1 изображена схема прибора;. на фиг. 2 — стержень с элементами волны. 5

Учебный прибор для демонстрации бегущей волны содержит раму 1 с деления. ми в сантиметрах на верхней планке, на ней же укреплены с возможностью передвижения первый датчик 2 и второй )0 датчик 3 перемещения дисков. 4.

Первый датчик 2 и вто )ой датчик 3 электрически соединены с первым бльком 5 регистрации. На боковых сторонах укреплен стержень 6, на котором распо- >5 ложены диски 4 с соединяющими их пружинами 7. На одном из дисков 4 укреплен третий датчик 8, электрически соединенный с вторым блоком 9 регистрации. Первый диск 4 подвижно соединен через шатун 10 с кривошипом 11, на котором установлен выступ 12.

Кривошип ll жестко связан с выходным валом электромагнитной муфты 13 сцепления, входной вал которой соединен кинематически с тахометром 14 и электродвигателем 15. Электродвигатель 15 электрически соединен с блоком 16 управления скоростью вращении.

Муфта 13 управляется кнопкой 17 и переключателем18, который взаимодействует с выступом 12 кривошипа 11.

Диски 4 и пружины 7 жестко связаны между собой, причем диски 4 могут поворачиваться друг относительно другa, а также сдвигаться и раздвигаться вдоль стержнй 6.

Прибор позволяет демонстрировать, например отсутствие продольной составляющей в электромагнитной волне; физическую сущность формулы

45 с Т=йЛ . (3) 55

C= Y=COuSt, (<) . где С - скорость распространения вол-ньг, Х - длина волны; - частота колебаний возмущенного сигнала.

Кроме того возможна демонстрация явления "Фиолетовая катастрофа .

Йпя демонстрации первого явления оператор устанавливает некоторую частоту вращения двигателя, отслеживая ее по тахомечру 14. Затем нажимает на . кнопку 17, через которую чечет ток от сети, под действием чего электромагнитная муфта 13 сцепления включится в кривошип 11 начинает вращаться с чаототой вращения двигателя.

Возвратно-поступательное движение через шатун 10 приложится к первому диску 4, в результате чего вдоль линии наблюдатель видит синусоидальную бегущую волну, однако при этом сжатия и растяжения системы, образованной из дисков 4 и пружин 7 вдоль стержня 6 не наблюдается, т.е. предельная составляющая отсутствует.

Для демонстрации физической сущности. формулы (1) оператор нажимает на кнопку 17 и блоком 16 устанавливает по тахометру 14 частоту вращения, в результате чего вдоль линии наблюдается бегущая волна, затем оператор устанавливает первый датчик 2 над первым дис«,ком 4, а второй датчик 3 над диском, в нулевой фазе конца одного периода длины волны, после чего кнопка 17 опускается.

Далее производят измерение времени

Т1 образования одного периода длины волны k, дпя чего оператор кратковременно нажимает на кнопку 17, муфта

13 срабатывает, кривошип 11 поворачивается по стрелке, а выступ 12 замыкает контакт 18.

Совершив одий оборот, кривошип 11 кулачком 12, воздействуя на контакт 18„ выключает муфту 13 сцепления, в результате чего образуется колебательный процесс в одну посылку, равную длине волны.

Первый блок 5 регистрации при помощи датчиков 2 и. 3 регистрирует время Т1 образования длины волны Х 1.

Сравнивая величины Т и —, наблю1

Y1 датель видит, что т = —,я)

1 еч1 т.е. время образования одного периода длины волны равно времени одного оборота привода.

Повторяя режим 3 для другой частоты вращения У, измеряют длину волны Х и время Т,1 .

Сравнивая величины Т1, ) 1и Т, наблюдатель видит, что во сколько раз изменяется длина волны Х, во столько же раэ изменяется время Т образования одного периода волны, т.е.

Выразив период Т через частоту 1/ можно получить формулу (1). для демонстрации данного явления оператор нажимает на кнопку 17 муфта

13 включается и начинается процесс во нообраэования.

8965 6

Формула изобретения

5 91

Увеличивая плавно обороты привода вариатором 16, укорачивают длину волны, при этом отслеживают показания тахометра 14. и второго блока 9 регистрации.

Частота возмущающего сигнала при . этом возрастает, а абсолютная частота ч1 имитатора (диска 4) остается постоянной.

По достижении частотой М возмущающего сигнала значения абсолютной часто- ты диска 4 наблюдается максимум- мак-. симорум энергии излучения.

Как только значение. частоты Ч возмущающего сигнала превысит значение аб- солютной частоты Ч1, происходит срыв волнообразования, т.е. энергия излучения падает до нуля. При этом видно, что первый диск 4 совершает вынужденные icoaeбания с большой частотой, а последующий второй остается в покое. Применение третьего датчика перемещения дисков, установленного на диске, и второго регистрирующего устройства, а также управляемого механического привода с тахометром позволяет смоделировать и раскрыть физическую сушность "Фиолетовой катастрофы", что значительно увеличивает дидактические воэможности прибора.

Учебный прибор дпя демонстрации бегущей волны, содержащий раму с закрепленным на ней горизонтальным стержнем, расположенные на стержне имитаторы элементов волны, выполненные в виде дисков с отверстиями, связанные между собой упругими элементами, муфту сцеп10 ления, датчикн перемещения дисков, связанные с блоком регистрации, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью ра ширения дидактических воэможноспей, он содержит второй блок регнстрации и третий датчик перемещения дисков, связанный с ним, блок управления скоростью вращения с электродвигателем, тахометрпереключатель н крнвошнпно -шатунный механизм, на кривошипе которого размеZ0 шен выступ для взаимодействия с переключателем, а упругие элементы выполнены в виде пружин сжатия, прн этом

BBJI электродвигателя связан с тахометром и через муфту сцепления и кривоZs шипно-шатунный механизм,с общим из дисков, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по

30 заявке % 282818 1, кл. Gj 09 В 23/06, 197 9.

918965

Составитель В. Тюркин

Редактор А. Мотыль Техред Е.Харитончик Корректор О. Билак

Заказ 2 146/3З Тираж 474 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобре.гений и открытий

113035, Москва, Ж36, Раушская наб., д„4/6

Филиал ППП Паюнт, г. Ужгород, ул. Проектная, 4