CN108109487B - 一种同心多段弧形混沌摆 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种同心多段弧形混沌摆，提供一种能够随机转动的电磁混沌装置，涉及动力学领域。该装置在底座设置有电源，与底座垂直设置的第一支杆内部设置有电磁体，第一弧形体在静止状态时靠近第一支杆的上端部的外侧部设置永磁铁，且在内侧部设置第二支杆，第二支杆的上端部设置透明球体；当电源打开时第一点电磁体与永磁铁产生相互的磁作用力，补充装置在转动过程中的能量损耗，从而实现连续的随机转动。本发明的随机转动的电磁混沌装置演示的混沌现象更为生动，且富有层次感。
Description
技术领域
本发明属于动力学领域，特别是涉及一种同心多段弧形混沌摆。
背景技术
混沌现象是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动，一个确定性理论描述的系统，其行为却表现为不确定性一不可重复、不可预测，这就是混沌现象。进一步研究表明，混沌是非线性动力系统的固有特性，是非线性系统普遍存在的现象。牛顿确定性理论能够充分处理的多为线性系统，而线性系统大多是由非线性系统简化来的。因此，在现实生活和实际工程技术问题中，混沌是无处不在的。
混沌摆，阐述了混沌的建模，利用旋转移动传感器对物理摆的相空间轨迹进行了实时测量，记录了混沌产生过程中相空间的角位移和角速度的变化，通过该装置演示混沌现象。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种同心多段弧形混沌摆，通过该装置更加全面的演示混沌现象。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种同心多段弧形混沌摆，包括底座、第一支杆、固定弧形体，上述第一支杆垂直固定在底座上，上述固定弧形体的一端部与第一支杆固定连接，上述固定弧形体的另一端部设置有第一转轴，上述第一转轴与底座平行；
上述第一转轴设置有第一弧形体，上述第一转轴与第一弧形体的2/3～7/10处连接；上述第一弧形体远离底座的端部设置有第二转轴，上述第二转轴设置有第二弧形体，上述第二转轴与第二弧形体的2/3～7/10处连接，上述第二弧形体远离底座的端部设置有第三转轴，上述第三转轴设置第三弧形体，上述第三转轴与第三弧形体的1/2处连接；
上述同心多段弧形混沌摆静止状态时，上述第一弧形体和第二弧形体的2/3～7/10处于下部位置；上述第一支杆内部设置电磁体，上述第一弧形体靠近第一支杆的上端部的外侧部设置有第一永磁铁，上述电磁体与底座内部设置的电源连接；
上述第一弧形体在静止状态时靠近第一支杆的上端部的内侧部设置有第二支杆，上述第二支杆的上端部设置透明球体；上述第二支杆的长度为第一弧形体的半径；
优选的，上述透明球体的内部充满液体，上述透明球体还设置有能够在液体中随机转动的铁磁性小球。
优选的，上述第三弧形体的两端部内侧均设置有第三支杆，上述第三支杆端部设置有磁铁运动腔室，上述磁铁运动腔室内部设置有第二永磁铁。
优选的，上述第一弧形体、第二弧形体和第三弧形体为同心圆。
优选的，上述固定弧形体为1/4圆弧。
优选的，上述第一弧形体为7/10圆到4/5圆之间任一圆弧，上述第二弧形体为1/2圆到3/5圆之间任一圆弧，上述第三弧形体为1/4圆到1/3圆之间任一圆弧。
优选的，上述第一转轴的外侧末端设置有平衡块。
(三)有益效果
本发明提供了一种同心多段弧形混沌摆，具备以下有益效果：
1、本发明同心多段弧形混沌摆，在底座设置有电源，与底座垂直设置的第一支杆内部设置有电磁体，第一弧形体在静止状态时靠近第一支杆的上端部的外侧部设置永磁铁，内侧部设置有球体；第一弧形体转动时，带动球体转动的同时设置在第一弧形体一端部的第二转轴会带动第二弧形体发生随机转动；第二弧形体发生转动时，设置在第二弧形体的一端部的第三转轴会带动第三弧形体发生随机转动。接通电源，当永磁铁和通电的电磁体靠近时会产生电磁相互作用力再次促进第一弧形体产生随机转动，通过电磁作用力补充能量损耗，从而实现连续的随机转动。本发明的随机转动的电磁混沌装置演示的混沌现象更为生动，且富有层次感。上述的第一弧形体、第二弧形体和第三弧形体是随机转动的，参观者能够更加清晰的观看到该装置呈现的混沌现象。
2、本发明同心多段弧形混沌摆，通过控制第一弧形体、第二弧形体和第三弧形体的弧度和尺寸，以及其旋转轴的位置，充分保证了第一弧形体、第二弧形体和第三弧形体自由摆动的幅度，延长了随机旋转的时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1同心多段弧形混沌摆静止时的结构示意图；
图2为本发明实施例2同心多段弧形混沌摆运动时的结构示意图；
其中，底座1、第一支杆2、固定弧形体3、第一转轴4、第一弧形体5、第二转轴6、第二弧形体7、第三转轴8、第三弧形体9、第一永磁铁10、第二支杆11、平衡块12、第三支杆13、透明球体14、磁铁运动腔室15、第二永磁铁16、铁磁性小球17。
具体实施方式
本发明实施例提供一种同心多段弧形混沌摆，如图1～2所示，包括底座1、第一支杆2、固定弧形体3，上述第一支杆2垂直固定在底座1上，上述固定弧形体3的一端部与第一支杆2固定连接，上述固定弧形体3的另一端部设置有第一转轴4，上述第一转轴4与底座1平行；
上述第一转轴4固定设置有第一弧形体5，上述第一转轴4与第一弧形体5的2/3～7/10处连接；上述第一弧形体5远离底座1的端部固定设置有第二转轴6，上述第二转轴6固定设置有第二弧形体7，上述第二转轴6与第二弧形体7的2/3～7/10处连接，上述第二弧形体7远离底座1的端部固定设置有第三转轴8，上述第三转轴8固定设置第三弧形体9，上述第三转轴8与第三弧形体9的1/2处连接；
上述能够随机转动的电磁混沌装置静止状态时，上述第一弧形体5和第二弧形体7的2/3～7/10处于下部位置；上述第一支杆2内部设置电磁体(附图中没有标记出来)，上述第一弧形体5靠近第一支杆2的上端部的外侧部设置第一永磁铁10，上述电磁体与底座1内部设置的电源(附图中没有标记出来)连接。
上述第一弧形体5在静止状态时靠近第一支杆2的上端部的内侧部设置有第二支杆11，上述第二支杆11的上端部设置透明球体14；上述第二支杆11的长度为第一弧形体5的半径。
在具体的实施过程中，底座设置有电源，与底座垂直设置的第一支杆内部设置有电磁体，第一弧形体在静止状态时靠近第一支杆的上端部的外侧部设置永磁铁，内侧部设置有球体。电磁体的三极管选用小功率晶体管，电容器参数根据电磁体的线圈的电感系数而定，电阻电容器组成补偿电路；在电磁体没接通电源的情况下，拨动第一弧形体摆动，第一弧形体转动时，带动球体转动的同时设置在第一弧形体一端部的第二转轴会带动第二弧形体发生随机转动；第二弧形体发生转动时，设置在第二弧形体的一端部的第三转轴会带动第三弧形体发生随机转动，产生连续的随机转动，伴随着能量的消耗，该装置会逐渐停止下来。
当接通电源后，拨动第一弧形体，第一弧形体接近第一支干正上方时电磁体产生的感应电动势足以使三极管基极正向导通，晶体管的基极电流通过电磁体，电磁体产生磁场与第一弧形体内部的永磁体产生电磁相互作用力促使第一弧形体迅速通过第一支杆上方，向另一侧摆去，回摆过程的电磁感应效果与前述相同。总之，第一弧形体在摆动的一个周期内，受到两次推动，使之能够以原有的速度完成连续摆动，而且在电源电动势不变的情况下，不断的通过电磁作用力补充能量的损耗，实现连续的随机转动。通过第一弧形体带动第二弧形体和第三弧形体转动，通过接通电源的电磁体和永磁铁不断补充该装置的能量损耗从而实现连续的随机转动。本发明的随机转动的电磁混沌装置演示的混沌现象更为生动，且富有层次感。上述的第一弧形体、第二弧形体和第三弧形体是随机转动的，参观者能够更加清晰的观看到该装置呈现的混沌现象。
通过控制第一弧形体、第二弧形体和第三弧形体的弧度和尺寸，以及其旋转轴的位置，充分保证了第一弧形体、第二弧形体和第三弧形体自由摆动的幅度，延长了随机旋转的时间。
实施例1：如图1和图2所示，透明球体14的内部充满液体，透明球体14还设置有能够在液体中随机转动的铁磁性小球17。第三弧形体9的两端部内侧均设置有第三支杆13，第三支杆13端部设置有磁铁运动腔室15，磁铁运动腔室15内部设置有第二永磁铁16。
在具体实施过程中，随着第三弧形体9的转动，会带动第三弧形体9的两端部的第三支杆13发生随机转动，从而促使第三支杆13端部设置磁铁运动腔室15内部的第二永磁铁16发生随机转动，第二永磁铁16与透明球体14内部的铁磁性小球17发生磁相对作用力，当第二永磁铁16发生随机转动会促使铁磁性小球17在液体中随机转动，观察者能够看到铁磁性小球17在透明球体14内部的随机运动，更加贴切的观察到混沌现象，混沌现象更具有层次性，富有美感和艺术感。
在具体实施时，将上述第一弧形体5、第二弧形体7和第三弧形体9设置为同心弧。
在具体实施时，将上述固定弧形体3设置为1/4圆。
在具体实施时，将上述第一弧形体5为7/10圆弧。
在具体实施时，将上述第二弧形体7为1/2圆弧。
在具体实施时，将上述第三弧形体9为1/4圆弧。
在具体实施时，为了增加装置的稳定性，上述第一转轴4的外侧末端设置有平衡块12。
实施例2：如图1和图2所示，透明球体14的内部充满液体，透明球体14还设置有能够在液体中随机转动的铁磁性小球17。第三弧形体9的两端部内侧均设置有第三支杆13，第三支杆13端部设置有磁铁运动腔室15，磁铁运动腔室15内部设置有第二永磁铁16。
在具体实施过程中，随着第三弧形体9的转动，会带动第三弧形体9的两端部的第三支杆13发生随机转动，从而促使第三支杆13端部设置磁铁运动腔室15内部的第二永磁铁16发生随机转动，第二永磁铁16与透明球体14内部的铁磁性小球17发生磁相对作用力，当第二永磁铁16发生随机转动会促使铁磁性小球17在液体中随机转动，观察者能够看到铁磁性小球17在透明球体14内部的随机运动，更加贴切的观察到混沌现象，混沌现象更具有层次性，富有美感和艺术感。
上述实施1同心多段弧形混沌摆结构，在具体实施时，将上述第一弧形体5、第二弧形体7和第三弧形体9设置为同心弧。
在具体实施时，将上述固定弧形体3设置为1/4圆。
在具体实施时，将上述第一弧形体5为4/5圆弧。
在具体实施时，将上述第二弧形体7为3/5圆弧。
在具体实施时，将上述第三弧形体9为1/3圆弧。
在具体实施时，为了增加装置的稳定性，上述第一转轴4的外侧末端设置有平衡块12。
Claims (4)
1.一种同心多段弧形混沌摆，其特征在于，包括底座(1)、第一支杆(2)、固定弧形体(3)，所述第一支杆(2)垂直固定在底座(1)上，所述固定弧形体(3)的一端部与第一支杆(2)固定连接，所述固定弧形体(3)的另一端部设置有第一转轴(4)，所述第一转轴(4)与底座(1)平行；
所述第一转轴(4)设置有第一弧形体(5)，所述第一转轴(4)与第一弧形体(5)的2/3～7/10处连接；所述第一弧形体(5)远离底座(1)的端部设置有第二转轴(6)，所述第二转轴(6)设置有第二弧形体(7)，所述第二转轴(6)与第二弧形体(7)的2/3～7/10处连接，所述第二弧形体(7)远离底座(1)的端部设置有第三转轴(8)，所述第三转轴(8)设置第三弧形体(9)，所述第三转轴(8)与第三弧形体(9)的1/2处连接；
所述同心多段弧形混沌摆静止状态时，所述第一弧形体(5)和第二弧形体(7)的2/3～7/10处于下部位置；所述第一支杆(2)内部设置电磁体，所述第一弧形体(5)靠近第一支杆(2)的上端部的外侧部设置有第一永磁铁(10)，所述电磁体与底座(1)内部设置的电源连接；
所述第一弧形体(5)在静止状态时靠近第一支杆(2)的上端部的内侧部设置有第二支杆(11)，所述第二支杆(11)的上端部设置透明球体(14)；所述第二支杆(11)的长度为第一弧形体(5)的半径；
所述透明球体(14)的内部充满液体，所述透明球体(14)还设置有能够在液体中随机转动的铁磁性小球(17)；
所述第三弧形体(9)的两端部内侧均设置有第三支杆(13)，所述第三支杆(13)端部设置有磁铁运动腔室(15)，所述磁铁运动腔室(15)内部设置有第二永磁铁(16)；
所述第一弧形体(5)、第二弧形体(7)和第三弧形体(9)为同心圆。
2.如权利要求1所述的同心多段弧形混沌摆，其特征在于，所述固定弧形体(3)为1/4圆弧。
3.如权利要求1所述的同心多段弧形混沌摆，其特征在于，所述第一弧形体(5)为7/10圆到4/5圆之间任一圆弧，所述第二弧形体(7)为1/2圆到3/5圆之间任一圆弧，所述第三弧形体(9)为1/4圆到1/3圆之间任一圆弧。
4.如权利要求1所述的同心多段弧形混沌摆，其特征在于，所述第一转轴(4)的外侧末端设置有平衡块(12)。
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