CN104269089A - 一种马格努斯效应演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明属教学演示实验设备技术领域，具体为一种马格努斯效应演示仪。本马格努斯效应演示仪由演示车、转动部分、气流源和电源四部分组成；演示车包括车底板、车轮及轮轴；转动部分由直流电机、托盘和转筒构成；气流源由风扇和支架构成；电源由大电流可充电干电池构成，电流分两路输出，一路给直流风扇供电，一路给直流电机供电；给直流电机供电的电路中串联有一个换向开关，通过开关换向，可以改变流过直流电机的电流方向，从而改变转筒的旋转方向，以此控制演示车前进或后退，从而更加透彻的诠释理论知识点。本仪器体积小，携带方便、操作简便，稳定性好、趣味性强，适合携带到课堂作随堂演示。

Description

一种马格努斯效应演示仪

技术领域

本发明属于教学演示实验设备技术领域，具体涉及一种利用马格努斯效应作为动力的演示仪。

背景技术

按照流体力学，当一个圆柱形或圆球形物体边绕自身轴旋转，边在流体中运动时，由于流体的粘滞作用，物体周围将形成与转动方向相同的环流，在随物体一起移动的参照系中，此环流叠加在迎面而来的气流上，最终在物体周围形成不对称的定常气流，在物体两侧形成压强差，导致在与物体移动方向和自转轴方向均垂直的方向上出现一个横向力，此现象称马格努斯效应，网球、乒乓球中的“弧圈球”，足球中的“香蕉球”等现象，都是由于马格努斯效应造成的。

马格努斯效应是流体力学理论中的一个重要知识点，在生活中也有很多应用，但由于其理论抽象，学生在理解上有很大的困难，急需有一个好的演示仪器对理论加以诠释，本仪器正是填补了这项空白，收到了很好的课堂教学效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、携带方便、操作简单，稳定性好、趣味性强，可以在课堂上清晰、明了的演示马格努斯效应的仪器。

本发明提供的演示马格努斯效应的仪器，其结构如图1所示，由演示车1、转动部分2、气流源3、电源4组成；其中： 

所述演示车1（如图2所示），包括车底板5、车轮6及轮轴7三个部分，车底板5

由轻质刚性材料构成，车轮6宜采用轻质材料，车轴7从车底板5下方穿过车底板与车轮6间固定连接；

所述转动部分2（如图3所示），由直流电机8、托盘9和转筒10构成，其中直流电机8下端固定在车底板5上，直流电机8上端转轴与托盘9下端套筒固定连接， 转筒10由刚性材料制成，为圆筒形，转筒10下端固定于圆形托盘9上；

所述气流源3（如图4所示），由风扇11和支架12构成，支架12为刚性，固定在演示车的车底板5上；风扇11固定在支架12上；

所述电源4由大电流可充电干电池构成，电流分两路输出，一路给直流风扇11供电，一路给直流电机8供电，给直流电机8供电的电路中串联了一个换向开关，通过开关换向，可以改变流过直流电机的电流方向，从而改变转筒10的旋转方向，以此控制演示车前进或后退，从而更加透彻的诠释理论知识点。

本发明中，转动部分2、气流源3及电源4均位于演示车车底板5的中间部位，其中转动部分2和气流源3垂直于车体，相向放置。

本发明通过给风扇和直流电机供电，转筒在风扇的气流中旋转，由流体力学理论可知，此时将产生一个沿演示车方向的马格努斯力，此力推动小车运动，因此，小车在这里的作用是演示马格努斯效应的载体。

演示时，分别打开两电路开关，则马格努斯力沿演示车方向，演示车在此力的作用下向前或向后运动。

本发明利用托盘9连接直流电机8和圆柱转筒10，可保证其稳定转动。

本发明把风扇11与转筒10相向放置，使旋转的转筒10处在运动的气流中，制造马格努斯效应产生的条件。 

本发明将马格努斯效应转换成小车运动的方法，使原理的演示现象明显、生动有趣。

本发明把转动部分2、气流源3及电源4均置于演示车1底板上，使演示装置结构紧凑、体积小巧。

本发明利用换向开关控制小车可沿两个方向运动，丰富了演示内容。

附图说明

图1为本马格努斯效应演示仪结构图示。

图2为演示车的结构图。

图3为转动部分的结构图。

图4为气流源的结构图

图中标号：1为演示车，2为转动部分，3为气流源，4为电源，5为演示车底板，6为车轮，7为车轴，8为直流电机，9为托盘，10为转筒，11为直流风扇，12为风扇支架。

具体实施方式

本发明提供的马格努斯效应的演示装置，由演示车1、转动部分2、气流源3、电源4组成，结构如图1所示。其中：

演示车1（如图2所示），包括车底板5、车轮6及轮轴7三个部分。为降低对动力的需求，演示车各部分的材质都要尽量轻，车底板必须是刚性的，厚度无要求，以运动中不发生形变为前提，尺寸没有严格要求，但太大会太重，太小，影响演示效果，本装置采用的尺寸是30cm*20cm；车轮宜采用轻质材料，尺寸没有严格要求，本装置采用玩具车的橡胶车轮，直径9cm；车轴采用轻质硬杆即可，本装置采用不锈钢丝，车轴从车底板下方穿过车底板与车轮间固定连接。

转动部分2（如图3所示），由直流电机8、托盘9和圆柱型转筒10构成。直流电机需能够平稳的做高速旋转，本装置采用电机额定电压9v，转速20000r/mim；为保证转筒转动时能够平稳，转筒与电机轴之间通过托盘固定连接。电机下端固定于演示车的底板上，上端的转轴套于托盘下端的套筒内，托盘上方圆盘内径与圆柱形转筒外径相吻合，为保证连接的稳定性，托盘应采用金属材质；转筒的直径、厚度和高度均无严格要求，但为保证得到稳定的气流，转筒在旋转中应无形变，本装置转筒采用有机玻璃筒，外径10cm，高度15cm。

气流源3（如图4所示），由强力直流风扇11和支架12构成。电风扇直径应与转筒直径相仿，功率越大越好，本装置采用12v、50w直流风扇，支架与风扇间固定连接，其作用有两个，一则保证风扇风向稳定，二则可以通过设计支架的高度，保证风扇出风的高度与转筒高度匹配，本装置支架采用金属材料，下端固定在演示车底板上。

电源4，电源由大电流可充电干电池构成，本装置采用3节4.5v、3.7A的电池串联，为风扇供电（固定在电池盒内）；采用2节4.5v、3.7A的电池串联，为直流电机供电（固定在电池盒内），两个电池盒粘连为一体，固定在演示车底板上。给直流电机供电的电路中串联了一个换向开关，通过开关换向，可以改变流过直流电机的电流方向，从而改变转筒的旋转方向，以此控制演示车前进或后退，从而更加透彻的诠释理论知识点。

转动部分2、气流源3及电源4均位于演示车底板的中间部位，其中转动部分和气流源应垂直于车体，相向放置。演示时，分别打开两电路开关，则马格努斯力沿演示车方向，演示车在此力的作用下向前或向后运动。

Claims (1)

1. 一种马格努斯效应演示仪，其特征在于由演示车、转动部分、气流源、电源组成；其中：

所述演示车，包括车底板、车轮及轮轴三个部分，车轴从车底板下方穿过车底板与车轮间固定连接；

所述转动部分，由直流电机、托盘和转筒构成，其中，直流电机下端固定在车底板上，直流电机上端转轴与托盘下端套筒固定连接， 转筒由刚性材料制成，为圆筒形，转筒下端固定于圆形托盘上；

所述气流源，由风扇和支架构成，支架为刚性，固定在演示车的车底板上；风扇固定在支架上；

所述电源由大电流可充电干电池构成，电流分两路输出，一路给直流风扇供电，一路给直流电机供电；给直流电机供电的电路中串联有一个换向开关，通过开关换向，可以改变流过直流电机的电流方向，从而改变转筒的旋转方向，以此控制演示车前进或后退；

所述转动部分、气流源及电源位于演示车车底板的中间部位，其中转动部分和气流源垂直于车体，相向放置。