CN103943004B - 科氏加速度实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种科氏加速度实验装置，包括底座、设置在所述底座上并作旋转运动的实验台及设置在所述实验台上表面的测量机构，所述测量机构包括分力测试盒、带动所述分力测试盒在所述实验台上表面移动的动力机构及与所述分力测试盒连接用于显示实验数据的示数器。本发明提供的科氏加速度实验装置，整体结构简单、成本低，通过调节装置能方便调节实验台上表面与水平面之间的夹角，模拟多种不同实验情况下物体受到科氏惯性力造成的结果，且能同时方便读取X、Y、Z三个方向的实验数值，根据实验数值得到更加全面的实验结果。

Description

科氏加速度实验装置

技术领域

本发明涉及一种关于运动学和动力学的实验教学装置，尤其涉及一种用来测量科氏加速度的实验装置。

背景技术

在转动参考系内作匀速运动的质点，除受惯性离心力外，还受到一种虚拟力——科里奥利力，此作用力使质点在运动过程中产生科里奥利加速度，即科氏加速度，该加速度是动基的转动与动点相对运动相互耦合引起的加速度。

科氏加速度实验仪器按照运动物体的类型分为机械带式和流体式两种，其中，机械带式实验结构又分成平面机械带式和立体机械带式。现有实验仪器中，平面机械带式的结构简单，但测得的数据不够全面，不利于更好的分析实验数据和得到正确的实验结果；立体机械带式的数据较为全面，但现有的立体机械带式的仪器结构复杂，造价高，且不便于调整实验结构的倾斜角度，不能完全模拟各种状态下质点因受到科氏加速度作用造成的影响。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺点和不足，本发明提供了一种结构简单、且能更加全面地模拟质点受到科氏惯性力作用而产生科氏加速度的实验装置。

为了达到上述技术目的，本发明提供的科氏加速度实验装置，包括底座、设置在所述底座上并作旋转运动的实验台及设置在所述实验台上表面的测量机构，所述测量机构包括分力测试盒、带动所述分力测试盒在所述实验台上表面移动的动力机构及与所述分力测试盒连接用于显示实验数据的示数器。

上述科氏加速度实验装置的结构简单、成本低，实验台带动测量机构旋转，动力装置带动测量机构作直线运动，通过示数器直接读取实验结果，实验过程中便于直接观察。

优选的，所述实验台通过框架结构转动设置在所述底座上，所述框架结构包括用于带动实验台转动的旋转架，所述实验台通过调节装置与所述旋转架连接在一起，所述调节装置包括用于调节实验台倾斜角度的转动手柄及用于固定所述转动手柄的锁紧件。

通过调节装置可以调节实验台上表面与水平面之间的夹角，便于模拟更多不同的实验环境情况，得到更加全面的实验数据，进而得到更加准确的实验结果。

优选的，所述旋转架由电机一通过与所述电机一、所述旋转架配合的齿轮副一带动旋转。齿轮传动占据的空间小，便于安装、设计，且齿轮传动较为平稳，便于带动实验台平稳旋转，避免实验台旋转速度不稳定对实验数据造成的影响。

优选的，所述分力测试盒内部在X、Y、Z三个方向上各设有一个空心套管，所述空心套管内部的两侧各设有一根弹簧，在两根所述弹簧之间设有与两根弹簧均相连的钢球，所述分力测试盒通过联动机构与所述示数器连接在一起。

分力测试盒在X、Y、Z三个方向均设置套管，便于清楚得知钢球在不同实验情况下的受力结果，使实验装置整体适用于更多的实验情况。

优选的，所述联动机构包括一端与所述钢球连接且另一端设有指针的牵引绳，所述指针位于所述相应示数器内。

钢球在实验中相对于套管的位移情况通过联动机构准确、适时地反映在指针上，通过读取指针对应于示数器的数值，即可清楚获得钢球的位移，进而计算出相应方向的科氏加速度的大小及方向。

优选的，所述分力测试盒由所述动力机构通过传递机构带动在所述实验台上移动，所述传递机构包括与所述分力测试盒通过螺纹配合连接的丝杆一、用于连接所述动力机构和所述丝杆一的同步带一。

动力机构通过同步带一带动丝杆一转动，丝杆一通过螺纹配合带动分力测试盒在实验台上来回移动，此种结构简单，实验过程中便于带动分力测试盒平稳移动。

优选的，所述联动机构还包括设置在牵引绳中间部位的动滑轮及与所述丝杆一同步转动的丝杆二，所述动滑轮通过滑块与所述丝杆二连接在一起。如此，钢球在实验中受力后产生的位移能更加准确的通过指针显示。

优选的，所述联动机构还包括与所述所述牵引绳配合的定滑轮，所述实验台上设有一块固定板，所述定滑轮固定设置在所述固定板上。如此，能使整体结构更加紧凑。

优选的，所述丝杆一通过齿轮副二及同步带二带动所述丝杆二实现同步转动。

优选的，所述分力测试盒和所述滑块的底部设有滚轮。分力测试盒和滑块通过滚轮设置在实验台上，实验过程中运动更加平稳。

本发明提供的科氏加速度实验装置，整体结构简单、成本低，通过调节装置能方便调节实验台上表面与水平面之间的夹角，模拟多种不同实验情况下物体受到科氏加速度造成的结果，且能同时方便读取X、Y、Z三个方向的实验数值，根据实验数值得到更加全面的实验结果。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中联动机构的结构示意图。

图中，11-实验台，12-旋转架，13-固定架，14-底座，15-电机一，16-齿轮副一，17-固定板，21-分力测试盒，211-套管，212-钢球，213-弹簧，22-示数器，31-转动手柄，32-锁紧件，41-牵引绳，42-指针，43-动滑轮，44-定滑轮，45-丝杆二，46-滑块，51-电机二，52-同步带一，53-丝杆一，54-齿轮副二，55-同步带二，6-轴承座，7-滚轮，81-下法兰，82-上法兰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明实施例提供的科氏加速度实验装置，包括底座14、通过框架结构设置在该底座上的实验台11及设置在实验台上表面的测量机构。

框架结构包括用于带动实验台11转动的旋转架12及用于安装旋转架的固定架13。本发明实施例中，框架结构采用与地球仪框架类似的结构，即旋转架呈环形，固定架呈半圆弧形。底座14的中间部位设有下法兰81及位于下法兰顶部的上法兰82，固定架13的底部与上法兰外壁设置为一体，旋转架12的顶部及其底部各设有一根转动轴，底部的转动轴通过轴承与上法兰转动安装在一起，顶部的转动轴通过轴承与固定架13顶部转动安装在一起。上法兰的外壁还固定设有电机一15，电机一输出轴和旋转架底部转动轴上设有相互配合的齿轮副一16。电机一15通过齿轮副16一带动旋转架12旋转，进而带动实验台11作旋转运动。

本发明实施例中，实验台11设置成与环形旋转架12配合的圆形，实验台的两侧通过调节装置与旋转架连接在一起。该调节装置包括用于调节实验台11倾斜角度的转动手柄31及用于固定转动手柄的锁紧件32。转动手柄31与实验台设置成一体，且在转动手柄上均匀标有角度，通过转动手柄调节实验台与水平面之间的夹角，且夹角度数能通过标记的角度读取，调整完成后，利用锁紧件32锁牢转动手柄。

本本发明实施例中，测量机构包括分力测试盒21、带动该分力测试盒在实验台11上表面移动的动力机构及与分力测试盒连接用于显示实验数据的示数器22。

动力机构通过传递机构带动分力测试盒21移动，动力机构为电机二51，传递机构包括与分力测试盒21下部通过螺纹结构连接在一起的丝杆一53及与电机二和丝杆一配合用于带动丝杆一转动的同步带一52。

如图2所示，本发明实施例中的分力测试盒21在内部的X、Y、Z三个方向上各设有一个空心套管211，空心套管内部的两侧各设有一根弹簧213，在两根弹簧之间设有与两根弹簧均相连的钢球212，每个钢球通过相应的联动机构与相应的示数器22连接。

本发明实施例中，联动机构包括一端与钢球212连接且另一端设有指针42的牵引绳41、与丝杆一53作同步转动丝杆二45、设置在丝杆二上且与牵引绳大致中间部位配合的动滑轮43及与若干与相应牵引绳配合的定滑轮44，指针位于相应所述示数器22内。本发明实施例中，在每根套管211与动滑轮43之间设置一个定滑轮44，在动滑轮43和相应示数器22之间设有两个定滑轮44。实验台11上设有一块固定板17，三个方向的套,211对应共设置9个定滑轮44，9个定滑轮均固定设置在该固定板17上。

丝杆一53通过齿轮副二54及同步带二55带动丝杆二45实现同步转动，在丝杆一和丝杆二之间设有中间轴，丝杆一和该中间轴上设置相互配合的齿轮副二54，在该中间轴和丝杆二之间设置同步带二55。丝杆一通过齿轮副二54带动中间轴转动，中间轴通过同步带二55带动丝杆二45转动。丝杆一、丝杆二及中间中通过与轴承及轴承座6的配合安装在实验台11上表面。

动滑轮43通过滑块46设置在丝杆二45上，滑块下部通过螺纹配合与丝杆二安装在一起，动滑轮固定设置在该滑块上表面。

为了使分力测试盒21和滑块46在实验过程中能平稳移动，两者的底部设有滚轮7。

实验时，通过调节装置设置实验台11上表面与水平面之间的夹角，确认后，锁牢锁紧件32，使实验台在实验过程中不再偏转，此时读取指针42对应于示数器22的初始数据。开启电机一15和电机二51，电机一通过旋转架12带动实验台11作旋转运动，同时，电机二通过同步带一52及丝杆一53带动分力测试盒在实验台上表面移动。分力测试盒21移动过程中，内部套管内的钢球212受到科氏惯性力作用产生偏移，钢球通过牵引绳41带动指针42向上或向下移动，读取此时指针对应于示数器的结果数据。通过结果数据和初始数据的差值即可得到钢球在实验过程中产生的偏移，通过计算公式即可得到钢球在实验过程中受到的科氏加速度。

本发明实施例提供的科氏加速度实验装置，整体结构简单、成本低，通过调节装置能方便调节实验台上表面与水平面之间的夹角，模拟多种不同实验情况下物体受到科氏加速度造成的结果，且能同时方便读取X、Y、Z三个方向的实验数值，根据实验数值得到更加全面的实验结果。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是依据本发明所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明申请专利的保护范围。

Claims (9)

1.科氏加速度实验装置，其特征在于，包括底座（14）、设置在所述底座上并作旋转运动的实验台（11）及设置在所述实验台上表面的测量机构，所述测量机构包括分力测试盒（21）、带动所述分力测试盒在所述实验台上表面移动的动力机构及与所述分力测试盒连接用于显示实验数据的示数器（22）；所述分力测试盒（21）内部在X、Y、Z三个方向上各设有一个空心套管（211），所述空心套管内部的两侧各设有一根弹簧（213），在两根所述弹簧之间设有与两根弹簧均相连的钢球（212），所述分力测试盒（21）通过联动机构与所述示数器（22）连接在一起。

2.根据权利要求1所述的科氏加速度实验装置，其特征在于，所述实验台（11）通过框架结构转动设置在所述底座（14）上，所述框架结构包括用于带动实验台转动的旋转架（12），所述实验台通过调节装置与所述旋转架连接在一起，所述调节装置包括用于调节实验台（11）倾斜角度的转动手柄（31）及用于固定所述转动手柄的锁紧件（32）。

3.根据权利要求2所述的科氏加速度实验装置，其特征在于，所述旋转架（12）由电机一（15）通过与所述电机一、所述旋转架配合的齿轮副一（16）带动旋转。

4.根据权利要求1所述的科氏加速度实验装置，其特征在于，所述联动机构包括一端与所述钢球（212）连接且另一端设有指针（42）的牵引绳（41），所述指针位于相应所述示数器（22）内。

5.根据权利要求4所述的科氏加速度实验装置，其特征在于，所述分力测试盒（21）由所述动力机构通过传递机构带动在所述实验台（11）上移动，所述传递机构包括与所述分力测试盒通过螺纹配合连接的丝杆一（53）、用于连接所述动力机构和所述丝杆一的同步带一（52）。

6.根据权利要求5所述的科氏加速度实验装置，其特征在于，所述联动机构还包括设置在牵引绳中间部位的动滑轮（43）及与所述丝杆一（53）同步转动的丝杆二（45），所述动滑轮（43）通过滑块（46）与所述丝杆二连接在一起。

7.根据权利要求6所述的科氏加速度实验装置，其特征在于，所述联动机构还包括与所述牵引绳（41）配合的定滑轮（44），所述实验台（11）上设有一块固定板（17），所述定滑轮固定设置在所述固定板上。

8.根据权利要求6所述的科氏加速度实验装置，其特征在于，所述丝杆一（53）通过齿轮副二（54）及同步带二（55）带动所述丝杆二（45）实现同步转动。

9.根据权利要求8所述的科氏加速度实验装置，所述分力测试盒（21）和所述滑块（46）的底部设有滚轮（7）。