CN108346355B - 物体机械能守恒定律演示仪 - Google Patents

Abstract

物体机械能守恒定律演示仪，包括箱体，箱体内后侧壁靠近四个边角处分别安装链轮，四个链轮通过传动链连接，传动链前侧固定安装多根均匀分布的横杆，横杆侧内侧均设有主动风板，主动风板的一端与对应的横杆的侧部铰接连接，铰接轴上安装扭簧，箱体内上部固定安装水平杆，水平杆与箱体内后侧壁垂直，水平杆下部设有转轴，转轴与水平杆平行，转轴上固定安装轮盘。本发明给轮盘转动提供助力的方式为非接触式，而且提供助力的组件设置的相对隐秘，从隔音玻璃的正面观察难以察觉提供助力的组件的运转，从而使本发明能向人们模拟展示理想状态下的机械能守恒定律的动态演示。

Description

物体机械能守恒定律演示仪

技术领域

本发明属于科技教育器材领域，具体地说是一种物体机械能守恒定律演示仪。

背景技术

机械能守恒定律在只有重力或弹力做功的物体系统内(或者不受其他外力的作用下），物体系统的动能和势能（包括重力势能和弹性势能）发生相互转化，但机械能的总能量保持不变。这个规律叫做机械能守恒定律。例如：过山车在下降的过程中，势能降低，动能增大，如果不考虑阻力做功的话，总机械能是保持不变的。尽管目前在力学领域已经有了科学的定论和相应的公式，但是，枯燥的公式和定型的模型在科普场馆展示中难以被观众理解，而且这些展示模型也不能够连续运行。为了给人们更好的展示机械能守恒定律，需要一种能持续自动演示的装置，目前也有这一方面的自动演示装置，但是多数的演示装置多数使用接触式的方法提供作用力作为助力进行能量的补充，而且传统的演示装置难以做到助力与装置运转的阻力时刻完美的抵消，展示效果较差，难以真正的模拟完美状态下机械能守恒定律的动态展示。

发明内容

本发明提供一种物体机械能守恒定律演示仪，用以解决现有技术中的缺陷。

本发明通过以下技术方案予以实现：

物体机械能守恒定律演示仪，包括箱体，箱体内后侧壁靠近四个边角处分别安装链轮，四个链轮通过传动链连接，传动链前侧固定安装多根均匀分布的横杆，横杆侧内侧均设有主动风板，主动风板的一端与对应的横杆的侧部铰接连接，铰接轴上安装扭簧，箱体内上部固定安装水平杆，水平杆与箱体内后侧壁垂直，水平杆下部设有转轴，转轴与水平杆平行，转轴上固定安装轮盘，一对等长的牵引绳索的上端与水平杆底部固定连接，牵引绳索的下端与转轴的对应的端部固定连接，轮盘的环形侧面上开设环形凹槽，环形凹槽内固定安装多个均匀分布的从动风板，从动风板与环形凹槽内底面垂直，箱体前端面中间开设矩形口，矩形口内配合固定安装隔音玻璃，箱体后端面上侧开设轴孔，轴孔内通过轴承安装主动轴，箱体上端后部固定安装控制盒，控制盒前端面对应轴孔处开设通孔，主动轴的前端固定安装主动链轮，主动链轮与传动链啮合配合，主动轴的后端穿过通孔后位于控制盒内部，控制盒内固定安装横向的伺服电机，伺服电机的输出轴与主动轴固定连接，水平杆下部设有接近感应器，接近感应器通过支架固定安装在箱体内壁上，控制盒内固定安装控制器与驱动器，控制器通过驱动器与伺服电机相连，接近感应器与控制器相连。

如上所述的物体机械能守恒定律演示仪，所述的箱体与控制盒均为隔音材质制成。

如上所述的物体机械能守恒定律演示仪，所述的箱体内传动链的内侧均设置网孔板，网孔板与箱体内后侧壁垂直，网孔板的前端与矩形口内侧固定连接。

如上所述的物体机械能守恒定律演示仪，所述的箱体内后侧壁下部固定安装激光测距仪，激光测距仪与控制器相连。

本发明的优点是：本发明能通过非接触式的方法给轮盘的转动不断的补充作用力来维持能量，使得轮盘能沿着牵引绳索保持往复运动，展示效果更好。本发明运转时，首先需要人工将轮盘转动，使轮盘沿牵引绳索到达最高点，然后松手后本发明启动，当轮盘处于最高点时其势能最大，动能为零，随着其下降到最低点，其转速最快，动能最大而势能最小。如果不考虑外界作用力的影响，轮盘将会沿着牵引绳索永远的往复运动下去。而实际上由于阻力的影响，轮盘会逐渐停止下来，当轮盘向下移动势能转化为动能时，控制器通过驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机带动传动链转动，传动链转动的方向与轮盘的转动方向相同，传动链的转速比轮盘的转动速度快，传动链转动时主动风板由于空气阻力会发生一定角度的倾斜，倾斜的主动风板的快速移动可以带动箱体内的空气进行与传动链转动方向一致的运转，主动风板移动形成的风吹动从动风板给轮盘的转动提供助力，控制器可以提前进行编程，当轮盘的运转处于每个循环的不同时间节点时控制器控制伺服电机的转速不同，主动风板带动的风给轮盘转动的助力与轮盘自身转动受到的阻力可以保持一致，当轮盘落下后下一次回到最高点时，接近感应器给控制器发动信号，控制器控制伺服电机反转，通过该设计可以使传动链与轮盘的转动方向时刻相同，给轮盘的助力可以时刻与其受到的阻力抵消，通过该设计可以使轮盘持续的进行忽略阻力而进行势能与动能的相互转化的机械能守恒定律的完美动态演示，本发明给轮盘转动提供助力的方式为非接触式，而且提供助力的组件设置的相对隐秘，从隔音玻璃的正面观察难以察觉提供助力的组件的运转，从而使本发明能向人们模拟展示理想状态下的机械能守恒定律的动态演示。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；图2是图1的A向视图的放大图；图3是本发明的正视图；图4是图1的左视图；图5是图1的Ⅰ部的局部放大图；图6是图5的B向视图的放大图；图7是本发明逆时针转动时的使用状态图；图8是本发明顺时针转动时的使用状态图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

物体机械能守恒定律演示仪，如图所示，包括箱体1，箱体1内后侧壁靠近四个边角处分别安装链轮2，四个链轮2通过传动链3连接，传动链3前侧固定安装多根均匀分布的横杆4，横杆4侧内侧均设有主动风板5，主动风板5的一端与对应的横杆4的侧部铰接连接，铰接轴上安装扭簧，箱体1内上部固定安装水平杆6，水平杆6与箱体1内后侧壁垂直，水平杆6下部设有转轴7，转轴7与水平杆6平行，转轴7上固定安装轮盘8，一对等长的牵引绳索9的上端与水平杆6底部固定连接，牵引绳索9的下端与转轴7的对应的端部固定连接，轮盘8的环形侧面上开设环形凹槽10，环形凹槽10内固定安装多个均匀分布的从动风板11，从动风板11与环形凹槽10内底面垂直，箱体1前端面中间开设矩形口12，矩形口12内配合固定安装隔音玻璃13，箱体1后端面上侧开设轴孔，轴孔内通过轴承安装主动轴14，箱体1上端后部固定安装控制盒15，控制盒15前端面对应轴孔处开设通孔16，主动轴14的前端固定安装主动链轮17，主动链轮17与传动链3啮合配合，主动轴14的后端穿过通孔16后位于控制盒15内部，控制盒15内固定安装横向的伺服电机18，伺服电机18的输出轴与主动轴14固定连接，水平杆6下部设有接近感应器19，接近感应器19通过支架固定安装在箱体1内壁上，控制盒15内固定安装控制器20与驱动器21，控制器20通过驱动器21与伺服电机18相连，接近感应器19与控制器20相连。本发明能通过非接触式的方法给轮盘8的转动不断的补充作用力来维持能量，使得轮盘8能沿着牵引绳索9保持往复运动，展示效果更好。本发明运转时，首先需要人工将轮盘8转动，使轮盘8沿牵引绳索9到达最高点，然后松手后本发明启动，当轮盘8处于最高点时其势能最大，动能为零，随着其下降到最低点，其转速最快，动能最大而势能最小。如果不考虑外界作用力的影响，外界作用力主要有：牵引绳索的摩擦阻力、空气阻力，轮盘8将会沿着牵引绳索9永远的往复运动下去。而实际上由于阻力的影响，轮盘8会逐渐停止下来，当轮盘8向下移动势能转化为动能时，控制器20通过驱动器21驱动伺服电机18转动，伺服电机18带动传动链3转动，传动链3转动的方向与轮盘8的转动方向相同，传动链3的转速比轮盘8的转动速度快，传动链3转动时主动风板5由于空气阻力会发生一定角度的倾斜，倾斜的主动风板5的快速移动可以带动箱体1内的空气进行与传动链3转动方向一致的运转，主动风板5移动形成的风吹动从动风板11给轮盘8的转动提供助力，控制器20可以提前进行编程，当轮盘8的运转处于每个循环的不同时间节点时控制器20控制伺服电机18的转速不同，主动风板5带动的风给轮盘8转动的助力与轮盘8自身转动受到的阻力可以保持一致，当轮盘8落下后下一次回到最高点时，接近感应器19给控制器20发动信号，控制器20控制伺服电机18反转，通过该设计可以使传动链3与轮盘8的转动方向时刻相同，给轮盘8的助力可以时刻与其受到的阻力抵消，通过该设计可以使轮盘8持续的进行忽略阻力而进行势能与动能的相互转化的机械能守恒定律的完美动态演示，本发明给轮盘8转动提供助力的方式为非接触式，而且提供助力的组件设置的相对隐秘，从隔音玻璃13的正面观察难以察觉提供助力的组件的运转，从而使本发明能向人们模拟展示理想状态下的机械能守恒定律的动态演示。

具体而言，如图所示，本实施例所述的箱体1与控制盒15均为隔音材质制成。通过该设计可以有效的降低本发明内部零件运转的声音，观看者观看时不易察觉内部零件的工作声音，能给人轮盘8在不依靠外部助力的情况下一直运转的感觉，展示效果更好。

具体的，如图所示，本实施例所述的箱体1内传动链3的内侧均设置网孔板22，网孔板22与箱体1内后侧壁垂直，网孔板22的前端与矩形口12内侧固定连接。通过网孔板22可以将传动链3与主动风板5进行遮挡，使观察者透过隔音玻璃13不易看到传动链3与主动风板5的运转，让观察者感觉本发明更加的真实，可以提高展示的效果，网孔板22上的孔不影响本发明运转时风的流向。

进一步的，如图所示，本实施例所述的箱体1内后侧壁下部固定安装激光测距仪23，激光测距仪23与控制器20相连。通过激光测距仪23可以不间断的监测轮盘8的高度，轮盘8不同的高度对应不同的转速，轮盘8转速不同时由于阻力而损失能量速率不同，激光测距仪23将轮盘8的高度数据传动给控制器20，控制器20根据轮盘8的高度数据时刻调整传动链3的转速，从而使轮盘8获得助力与其受到的阻力保持一致，此时轮盘8受到的阻力与助力相互抵消，可以保证每次到达最高点的位置相同，使本发明能一致保持完美的机械能守恒的动态展示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.物体机械能守恒定律演示仪，其特征在于：包括箱体（1），箱体（1）内后侧壁靠近四个边角处分别安装链轮（2），四个链轮（2）通过传动链（3）连接，传动链（3）前侧固定安装多根均匀分布的横杆（4），横杆（4）侧内侧均设有主动风板（5），主动风板（5）的一端与对应的横杆（4）的侧部铰接连接，铰接轴上安装扭簧，箱体（1）内上部固定安装水平杆（6），水平杆（6）与箱体（1）内后侧壁垂直，水平杆（6）下部设有转轴（7），转轴（7）与水平杆（6）平行，转轴（7）上固定安装轮盘（8），一对等长的牵引绳索（9）的上端与水平杆（6）底部固定连接，牵引绳索（9）的下端与转轴（7）的对应的端部固定连接，轮盘（8）的环形侧面上开设环形凹槽（10），环形凹槽（10）内固定安装多个均匀分布的从动风板（11），从动风板（11）与环形凹槽（10）内底面垂直，箱体（1）前端面中间开设矩形口（12），矩形口（12）内配合固定安装隔音玻璃（13），箱体（1）后端面上侧开设轴孔，轴孔内通过轴承安装主动轴（14），箱体（1）上端后部固定安装控制盒（15），控制盒（15）前端面对应轴孔处开设通孔（16），主动轴（14）的前端固定安装主动链轮（17），主动链轮（17）与传动链（3）啮合配合，主动轴（14）的后端穿过通孔（16）后位于控制盒（15）内部，控制盒（15）内固定安装横向的伺服电机（18），伺服电机（18）的输出轴与主动轴（14）固定连接，水平杆（6）下部设有接近感应器（19），接近感应器（19）通过支架固定安装在箱体（1）内壁上，控制盒（15）内固定安装控制器（20）与驱动器（21），控制器（20）通过驱动器（21）与伺服电机（18）相连，接近感应器（19）与控制器（20）相连，箱体（1）内后侧壁下部固定安装激光测距仪（23），激光测距仪（23）与控制器（20）相连。

2.根据权利要求1所述的物体机械能守恒定律演示仪，其特征在于：所述的箱体（1）与控制盒（15）均为隔音材质制成。

3.根据权利要求1所述的物体机械能守恒定律演示仪，其特征在于：所述的箱体（1）内传动链（3）的内侧均设置网孔板（22），网孔板（22）与箱体（1）内后侧壁垂直，网孔板（22）的前端与矩形口（12）内侧固定连接。