BE1018855A3 - Trillingsweergavetoestel van een slinger. - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een toestel die de beweging van een slinger of van een bewegend voorwerp op papier in functie van de tijd visualiseert. Wordt de massa van de slinger uit haar evenwichtsstand gebracht en vervolgens losgelaten, dan voert deze een heen- en weergaande beweging uit omheen haar evenwichtsstand onder invloed van de zwaartekracht. Ondertussen zal de warmtebron die onderaan de slinger bevestigt is warmte afgeven aan het thermisch papier waardoor het papier zal verkleuren. Bovendien rolt het thermisch papier met een constante snelheid af dat op enkele mm afstand van de warmtebron verwijderd is. De massa zal een licht uitdovende sinusfunctie beschrijven. Het grote voordeel hier is dat de "pen" (warmtebron) en "papier" niet in contact hoeft te zijn zodat de beweging van de slinger minimaal beïnvloed wordt. De invloed van de massa en de slingerlengte op de slingerperiode kan ook met deze proefopstelling onderzocht worden. Dit toestel is voornamelijk als didactisch leermiddel voor het vak fysica voor de leerlingen van het middelbaar en hoger onderwijs bedoeld. Hetzelfde principe kan ook gebruikt worden in verschillende ...

Description

Beschrijving

Trillinasweeraavetoestel van een slinger

Oe uitvinding betreft een toestel dat de verplaatsing van een natuurkundig slinger in functie van de tijd op papier visualiseert. Dit doen we door aan de uiteinde van de slinger een warmtebron te plaatsen die mee slingert en zodus warmte uitstraalt naar het thermisch papier dat hieronder zich bevindt.

Dit toestel is voornamelijk als een didactisch leermiddel voor het vak fysica voor de leerlingen van het middelbaar en hoger onderwijs bedoeld.

Hetzelfde principe kan ook gebruikt worden in verschillende processen waarbij men de trilling van het bewegend voorwerp wil visualiseren, zoals bijvoorbeeld bij een seismograaf.

Tot op heden zijn er geen efficiënte en gebruiksvriendelijke toestellen ontwikkeld om dit belangrijk natuurkundig fenomeen weer te geven.

Om de verplaatsing van een slinger in functie van de tijd weer te laten geven kan men een stift of iets dergelijks onder het slingerend voorwerp aanhangen. Onder deze stift legt men een stukje papier dat in contact is met het stift. Laat men nu de slinger slingeren en trekt men het papier met een constante snelheid hieronder vandaan weg, dan verkrijgt men de beweging die de slinger in functie van de tijd maakt op papier. Dit zal helaas een zeer snel uitdovende sinuscurve zijn vermits tussen het stift en het papier een grote wrijvingskracht aanwezig is. Met deze proefopstelling kan men de werkelijke beweging van de slinger - de beweging die de slinger zou maken wanneer er geen contact zou zijn met het papier - niet weergeven.

De hier voorgesteld ontwerp heeft als doelstelling een oplossing te bieden voor dit probleem. De slinger bestaat enerzijds uit een dun, zeer lichte ronde staaf met onderaan de massa. Onder deze massa is er een warmtebron bevestigd die allen samen mee slingeren. Anderzijds bestaat de slinger uit een warmtegevoelig papier (thermisch papier) dat zich onder de slinger bevindt. Thermisch papier is een papier, waar kleurstof in verwerkt is dat door warmte geactiveerd wordt. Het voordeel van dit ontwerp, zoals hier voorgesteld, is dat de warmtebron die onderaan meeslingert met de slinger niet in contact hoeft te komen met het thermisch papier vermits de warmtestraling zijn energie kan overdragen zonder dat er sprake is van direct contact met het papier.

Men kan dus als het ware op het papier wrijvingsloos schrijven daar dat er geen sprake is van contact tussen papier en pen (warmtebron). Dit heeft als gevolg dat de werkelijke beweging van de slinger op papier kan weergegeven worden. In functie van de tijd zal dit een zeer traag uitdovende sinus zijn.

De opbouw en de structuur van het trillingsweergavetoestel wordt aan de hand van volgende tekeningen verduidelijkt. Het toestel vertegenwoordigt een uitvoeringsvorm zoals het gebruikt kan worden voor de weergave van een slingerbeweging.

Fig. 1 toont het vooraanzicht van het trillingsweergavetoestel.

Fig. 2 toont de dwarsdoorsnede van de warmtebron.

Fig. 3 toont de mogelijke schets die de warmtebron maakt op het thermisch papier bij een slingerbeweging.

Figuur 1 toont het trillingsweergavetoestel bestaande uit een platform (1) met daarop een statief (2 ) met bovenaan het statief een statiefhouder (3) die op zijn beurt een kogellager (4) vasthoudt.

De kogellager is op zijn beurt verbonden met de slinger (5) bestaande uit enerzijds een zeer lichte ronde staaf (6) met een verwaarloosbare massa in vergelijking met de schijfmassa, met daar onderaan de schijfmassa’s (7) en helemaal onderaan een warmtebron (19) en anderzijds uit een rol warmtegevoelig papier (thermisch papier) (13) die op enkele mm afstand van de warmtebron verwijderd is.

Het thermisch papier (13) is gemonteerd op een as (14) die met behulp van een gelijkstroommotor (16) via de tandwielen (15) aangedreven wordt.

Het papier wordt zodus met een constante snelheid met behulp van de motor afgerold. De draaizin en de snelheid van de motor kan respectievelijk gewijzigd worden door schakelaar S1 (17) en de regelbare weerstand R1 (18).

Wordt de massa uit haar evenwichtsstand gebracht en vervolgens losgelaten, dan voert deze een heen- en weergaande beweging uit omheen haar evenwichtsstand onder invloed van de zwaartekracht. Ondertussen zal de warmtebron (19) warmte afgeven aan het thermisch papier (13) waardoor het papier zal verkleuren. Bovendien rolt dit thermisch papier met een constante snelheid af dat op enkele mm afstand van de warmtebron verwijderd is.

Wanneer de slinger stopt met bewegen zien we een licht uitdovende sinusfunctie met een constante periode op het papier verschijnen. Zie figuur 3.

De invloed van de massa en de slingerlengte op de periode kan ook nagegaan worden door meer of minder massa op te hangen en door de slingerlengte te verkorten of te verlengen.

De warmtebron (19) daarentegen (zie figuur 2) bestaat uit twee halvemaanvormige geleiders (10) met daar tussen een warmtesteentje (11) dat een groot elektrische weerstand hebben en dat geheel omgeven wordt door een elektrische isolator (20). Het geheel wordt op zijn beurt volledig omringd door een metaal buisje (9) met onderaan een metalen stiftje (12). Sluit men de geleiders op de netspanning aan dan zal er een stroom beginnen te vloeien. Vermits de weerstand van het steentje (11) redelijk groot is zal deze beginnen op te warmen en zal het uiteindelijk ook de het metalen buisje (9) doen opwarmen. Vermits het metalen buisje (9) omringd is door een thermisch bestendige isolator zal de warmte door geleiding verspreid worden naar het metalen stiftje (12).

Het metalen stiftje zal op zijn beurt warmte afgeven aan het thermisch papier door middel van straling.

Dit toestel is voornamelijk als een didactisch leermiddel voor het vak fysica voor de leerlingen van het middelbaar en hoger onderwijs bedoeld.

Hetzelfde principe kan ook gebruikt worden in verschillende processen waarbij men de trilling van het bewegend voorwerp wil visualiseren zoals bijvoorbeeld bij een seismograaf.

Claims (1)

1. Conclusies De uitvinding bestaat uit een trillingsweergavetoestel die trillingen van een slinger of van een bewegend voorwerp visualiseert op papier door gebruik te maken van een warmtebron. Het toestel wordt gekenmerkt door enerzijds een warmtebron die verbonden is met het voorwerp (massa) waarvan men de beweging wil visualiseren en anderzijds uit een warmtegevoelig papier dat op een bepaalde afstand van de warmtebron verwijderd Is en dat met een constante snelheid afrolt. Op het papier zal de beweging van het bewegend voorwerp met behulp van warmte in functie van de tijd weergegeven worden.