CN103824488B - 平面汇交力系的等效实验台 - Google Patents

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Abstract

一种平面汇交力系的等效实验台，由轴Ⅰ—Ⅴ、滑轮Ⅰ—Ⅴ、绳索Ⅰ—Ⅶ、弹簧秤Ⅰ—Ⅲ、砝码盘Ⅰ—Ⅴ、砝码Ⅰ—Ⅴ、刻度盘、基座等组成，通过轴Ⅰ—Ⅴ连接滑轮Ⅰ—Ⅴ后，在定位孔Ⅰ—ⅩⅣ间的固定，绳索Ⅰ—Ⅶ分别绕对应的滑轮后分别连接弹簧秤或重物，验证同向力、反向力，其它复杂条件下的平面汇交力系分力与合力的等效性，通过读取弹簧秤值、砝码质量和测量绳索间实际工作条件下与绳索Ⅱ的夹角，获得复杂的平面汇交力系情况下，力的等效与替换、合力与分力的条件，进一步验证平行四边形法则。

Description

平面汇交力系的等效实验台
技术领域
本发明属于教育行业中高中物理、大学力学类课程及工程设计与结构分析中静力学研究的技术领域，特别涉及一种力系，即：各力作用线在同一平面内且汇交于一点的力系（称为平面汇交力系）的等效转换，如：在一个平面上，多种条件下汇交力的分解与合成、等效与替代的检验实验的设备。
背景技术
各力作用线在同一平面内且汇交于一点的力系称为平面汇交力系。平面汇交力系是最简单、最基本的力系。理论力学中平面汇交力系的解题方法有两种：即几何法和解析法。平面汇交力系的等效实验台是一种在一个平面内各种条件，如：作业线延长线重合、二力、三力及多力交汇一点等情况下检测受力平衡条件的一种实验台。在研究探索汇交力系平衡条件、利用平衡条件求未知力和新结构的设计与分析过程中，也是一种不可或缺的重要验证设备。目前高中物理中有使用弹簧秤和细绳测量力的大小与方向的简单的验证性实验方式；结构力学中检验桁架受力变形量的使用设备；而工程力学实验中，多是测量材料力学性能的使用设备，尚未发现对其受力性质、等效分析、分解与合成进行原理性实验的机器设备的研究和应用。而本发明是基于多种力在一个平面内汇交一点的，设计性创造多种条件下汇交力的分解与合成、等效与替代的检验实验的平面汇交力系的等效实验设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过弹簧秤、重物、滑轮和刻度盘搭建的一个平面汇交力系，完成不同位置施加不同或相同载荷、在不同角度安置弹簧秤测量分力，以及不同绳索之间的角度关系，从而验证平面汇交力系的平衡条件和等效作用，借助于平面汇交力系的实际施加力的值，弹簧秤测定值及各绳索之间的角度，达到验证平行四边形法则的作用，检测结构内受力条件的实验装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种平面汇交力系的等效实验台，其特征是：绳索Ⅰ5、绳索Ⅱ13、绳索Ⅲ40、绳索Ⅳ41、绳索Ⅴ42、绳索Ⅵ43和绳索Ⅶ62固定在盘轴10上，盘轴10固定在刻度盘9，使绳索Ⅰ-Ⅶ与刻度盘9同心，绳索Ⅱ定位环11固定绳索Ⅱ13在刻度盘9，使绳索Ⅱ13的延长线在刻度盘刻度44的零点上；用螺母Ⅰ7固定滑轮Ⅰ6在轴Ⅰ8上，用轴Ⅰ固定螺母48固定轴Ⅰ8在基座2上，绳索Ⅰ5绕滑轮Ⅰ6连接弹簧秤Ⅰ4后，连接高度调节环Ⅰ3与挂钩Ⅰ1连接，挂钩Ⅰ1在基座2上，螺母Ⅱ17固定滑轮Ⅱ16在轴Ⅱ18上，用轴Ⅱ固定螺母45固定轴Ⅱ18在基座2上，绳索Ⅱ13绕滑轮Ⅱ16连接砝码盘Ⅰ27，砝码Ⅰ28放在砝码盘Ⅰ27上；绳索Ⅲ40绕滑轮Ⅲ35连接砝码盘Ⅱ51，放入砝码Ⅱ52；同时再在绳索Ⅵ43绕滑轮Ⅰ6连接砝码盘Ⅲ53，放入砝码Ⅲ54，达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ4值，测得绳索Ⅲ40与绳索Ⅱ13、绳索Ⅰ5与绳索Ⅱ13在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力，一个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。
根据前一种测量结构所述的一种平面汇交力系的等效实验台，其特征是：绳索Ⅳ41绕滑轮Ⅳ59连接弹簧秤Ⅲ56后，连接高度调节环Ⅲ55与挂钩Ⅳ37连接，挂钩Ⅳ37固定在基座2上，调整高度调节环Ⅲ55长度，使绳索Ⅳ41受拉，达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ4和弹簧秤Ⅲ56值，测得绳索Ⅰ5、绳索Ⅲ40、绳索Ⅳ41和绳索Ⅵ43分别与绳索Ⅱ13在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力，二个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。
根据前一种测量结构所述的一种平面汇交力系的等效实验台，其特征是：绳索Ⅶ62绕滑轮Ⅴ65连接砝码盘Ⅳ61，放入砝码Ⅳ62，达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ4和弹簧秤Ⅲ56值，测得绳索Ⅰ5、绳索Ⅲ40、绳索Ⅳ41、绳索Ⅵ43和绳索Ⅶ62分别与绳索Ⅱ13在新平衡状态下的夹角，获得四个拉力，二个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。
本发明的有益效果：通过轴Ⅰ—Ⅴ连接滑轮Ⅰ—Ⅴ后，在定位孔Ⅰ—ⅩⅣ间的固定，绳索Ⅰ—Ⅶ分别绕对应的滑轮后分别连接弹簧秤或重物，验证同向力、反向力，其它复杂条件下的平面汇交力系分力与合力的等效性，通过读取弹簧秤值、砝码质量和测量绳索间实际工作条件下与绳索Ⅱ的夹角，获得复杂的平面汇交力系情况下，力的等效与替换、合力与分力的条件，进一步验证平行四边形法则。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图1的一种变换实验条件的结构视图；
图4是图1的第二种变换实验条件的结构视图；
图5是图1的第三种变换实验条件的结构视图；
图6是图1的第四种变换实验条件的结构视图。
图中：1.挂钩Ⅰ，2.基座，3.高度调节环Ⅰ，4.弹簧秤Ⅰ，5.绳索Ⅰ，6.滑轮Ⅰ，7.螺母Ⅰ，8.轴Ⅰ，9.刻度盘，10.盘轴，11.绳索Ⅱ定位环，12.定位孔Ⅰ，13.绳索Ⅱ，14.定位孔Ⅱ，15.定位孔Ⅲ，16.滑轮Ⅱ，17.螺母Ⅱ，18.轴Ⅱ，19.定位孔Ⅳ，20.定位孔Ⅴ，21.定位孔Ⅵ，22.定位孔Ⅶ，23.定位孔Ⅷ，24.定位孔Ⅹ，25.定位孔Ⅺ，26.定位孔Ⅻ，27.砝码盘Ⅰ，28.砝码Ⅰ，29.弹簧秤Ⅱ，30.高度调节环Ⅱ，31.挂钩Ⅱ，32.轴Ⅲ，33.螺母Ⅲ，34.挂钩Ⅲ，35.滑轮Ⅲ，36.定位孔ⅩⅢ，37.挂钩Ⅳ，38.定位孔Ⅸ，39.定位孔ⅩⅣ，40.绳索Ⅲ，41.绳索Ⅳ，42.绳索Ⅴ，43.绳索Ⅵ，44.刻度盘刻度，45.轴Ⅱ固定螺母，46.盘轴固定螺母，47.定位孔位置Ⅰ，48.轴Ⅰ固定螺母，49.定位孔位置Ⅱ，50.轴Ⅲ固定螺母，51.砝码盘Ⅱ，52.砝码Ⅱ，53.砝码盘Ⅲ，54.砝码Ⅲ，55.高度调节环Ⅲ，56.弹簧秤Ⅲ，57.轴Ⅳ，58.轴Ⅳ固定螺母，59.滑轮Ⅳ，60.砝码Ⅳ，61.砝码盘Ⅳ，62.绳索Ⅶ，63.轴Ⅴ固定螺母，64.轴Ⅴ，65.滑轮Ⅴ
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种平面汇交力系的等效实验台，如图1-3所示，其特征是：绳索Ⅰ5、绳索Ⅱ13、绳索Ⅲ40、绳索Ⅳ41、绳索Ⅴ42、绳索Ⅵ43和绳索Ⅶ62固定在盘轴10上，盘轴10固定在刻度盘9，使绳索Ⅰ-Ⅶ与刻度盘9同心，绳索Ⅱ定位环11固定绳索Ⅱ13在刻度盘9，使绳索Ⅱ13的延长线在刻度盘刻度44的零点上；用螺母Ⅰ7固定滑轮Ⅰ6在轴Ⅰ8上，用轴Ⅰ固定螺母48固定轴Ⅰ8在基座2上，绳索Ⅰ5绕滑轮Ⅰ6连接弹簧秤Ⅰ4后，连接高度调节环Ⅰ3与挂钩Ⅰ1连接，挂钩Ⅰ1在基座2上，螺母Ⅱ17固定滑轮Ⅱ16在轴Ⅱ18上，用轴Ⅱ固定螺母45固定轴Ⅱ18在基座2上，绳索Ⅱ13绕滑轮Ⅱ16连接砝码盘Ⅰ27，砝码Ⅰ28放在砝码盘Ⅰ27上；绳索Ⅲ40绕滑轮Ⅲ35连接砝码盘Ⅱ51，放入砝码Ⅱ52；同时再在绳索Ⅵ43绕滑轮Ⅰ6连接砝码盘Ⅲ53，放入砝码Ⅲ54，达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ4值，测得绳索Ⅲ40与绳索Ⅱ13、绳索Ⅰ5与绳索Ⅱ13在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力，一个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。
根据前一种测量结构所述的一种平面汇交力系的等效实验台，如图4-5所示，其特征是：绳索Ⅳ41绕滑轮Ⅳ59连接弹簧秤Ⅲ56后，连接高度调节环Ⅲ55与挂钩Ⅳ37连接，挂钩Ⅳ37固定在基座2上，调整高度调节环Ⅲ55长度，使绳索Ⅳ41受拉，达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ4和弹簧秤Ⅲ56值，测得绳索Ⅰ5、绳索Ⅲ40、绳索Ⅳ41和绳索Ⅵ43分别与绳索Ⅱ13在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力，二个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。
根据前一种测量结构所述的一种平面汇交力系的等效实验台，如图6所示，其特征是：绳索Ⅶ62绕滑轮Ⅴ65连接砝码盘Ⅳ61，放入砝码Ⅳ62，达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ4和弹簧秤Ⅲ56值，测得绳索Ⅰ5、绳索Ⅲ40、绳索Ⅳ41、绳索Ⅵ43和绳索Ⅶ62分别与绳索Ⅱ13在新平衡状态下的夹角，获得四个拉力，二个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。。

Claims (3)

1.一种平面汇交力系的等效实验台，其特征是：绳索Ⅰ（5）、绳索Ⅱ（13）、绳索Ⅲ（40）、绳索Ⅳ（41）、绳索Ⅴ（42）、绳索Ⅵ（43）和绳索Ⅶ（62）固定在盘轴（10）上，盘轴（10）固定在刻度盘（9），使绳索Ⅰ-Ⅶ与刻度盘（9）同心，绳索Ⅱ定位环（11）固定绳索Ⅱ（13）在刻度盘（9），使绳索Ⅱ（13）的延长线在刻度盘刻度（44）的零点上；用螺母Ⅰ（7）固定滑轮Ⅰ（6）在轴Ⅰ（8）上，用轴Ⅰ固定螺母（48）固定轴Ⅰ（8）在基座（2）上，绳索Ⅰ（5）绕滑轮Ⅰ（6）连接弹簧秤Ⅰ（4）后，连接高度调节环Ⅰ（3）与挂钩Ⅰ（1）连接，挂钩Ⅰ（1）在基座（2）上，螺母Ⅱ（17）固定滑轮Ⅱ（16）在轴Ⅱ（18）上，用轴Ⅱ固定螺母（45）固定轴Ⅱ（18）在基座（2）上，绳索Ⅱ（13）绕滑轮Ⅱ（16）连接砝码盘Ⅰ（27），砝码Ⅰ（28）放在砝码盘Ⅰ（27）上；绳索Ⅲ（40）绕滑轮Ⅲ（35）连接砝码盘Ⅱ（51），放入砝码Ⅱ（52）；同时再在绳索Ⅵ（43）绕滑轮Ⅰ（6）连接砝码盘Ⅲ（53），放入砝码Ⅲ（54），达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ（4）值，测得绳索Ⅲ（40）与绳索Ⅱ（13）、绳索Ⅰ（5）与绳索Ⅱ（13）在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力，一个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。
2.根据权利要求1所述的一种平面汇交力系的等效实验台，其特征是：绳索Ⅳ（41）绕滑轮Ⅳ（59）连接弹簧秤Ⅲ（56）后，连接高度调节环Ⅲ（55）与挂钩Ⅳ（37）连接，挂钩Ⅳ（37）固定在基座（2）上，调整高度调节环Ⅲ（55）长度，使绳索Ⅳ（41）受拉，达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ（4）和弹簧秤Ⅲ（56）值，测得绳索Ⅰ（5）、绳索Ⅲ（40）、绳索Ⅳ（41）和绳索Ⅵ（43）分别与绳索Ⅱ（13）在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力，二个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。
3.根据权利要求2所述的一种平面汇交力系的等效实验台，其特征是：绳索Ⅶ（62）绕滑轮Ⅴ（65）连接砝码盘Ⅳ（61），放入砝码Ⅳ（62），达到新的平衡后，读取弹簧秤Ⅰ（4）和弹簧秤Ⅲ（56）值，测得绳索Ⅰ（5）、绳索Ⅲ（40）、绳索Ⅳ（41）、绳索Ⅵ（43）和绳索Ⅶ（62）分别与绳索Ⅱ（13）在新平衡状态下的夹角，获得四个拉力，二个合力的平衡，其中一个拉力与合力同向，验证平行四边形法则。
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