CN110379262A - 物理反冲运动实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及实验教具技术领域，具体公开了物理反冲运动实验装置，包括支撑架，所述支撑架上转动连接有密封罐，密封罐顶部同轴转动连接有进气管，支撑架上还设有连通进气管的气泵，所述密封罐外周向均布有多个反冲机构，所述反冲机构包括反冲管Ⅰ和反冲管Ⅱ，反冲管Ⅰ与密封罐连通，且沿密封罐径向设置，反冲管Ⅱ一端封闭设置，另一端敞口，反冲管Ⅱ与反冲管Ⅰ连通，且反冲管Ⅰ和反冲管Ⅱ相互垂直，各反冲管Ⅱ的敞口端均朝向密封罐的同一圆周方向。采用本专利中的技术方案不仅能增长实验的观察时间，同时解决了现有技术中采用水流的方式进行实验，水流飞溅到学生身上的问题。

Description

物理反冲运动实验装置

技术领域

本发明涉及实验教具技术领域，特别涉及物理反冲运动实验装置。

背景技术

反冲运动是能量守恒定律的一个体现，日常生活中有许多反冲运动的实例，例如五颜六色的烟火、火箭冲天、喷气式飞机的运行、子弹的射击、大型水电站的反击式水轮机等等，这些都是根据反冲运动的原理设计而成的，但在课堂实验中却没有小型但又能体现反冲运动的实验装置。

基于上述问题，申请号为CN201020225783.0的实用新型专利公开了一种教学实验演示装置，该反冲运动演示装置，包括水槽，水槽的侧壁固定有支架，支架包括相连的竖梁和横梁，横梁位于水槽正上方，横梁上转动设有盛水容器，盛水容器的底部设有至少一个与盛水容器内腔相通的喷嘴，喷嘴位于水槽内，喷嘴的开口方向为沿水平圆周方向。

但上述专利还存在几个问题，首先，其演示时间过短，不利于学生观察，如果要增长演示时间，需要不断的向盛水容器内加水，但因为水槽容量有限，水槽内的水很快会溢出，需要暂停实验，倒掉水重新开始，演示时间还是过短；其次是采用水流进行反冲实验，在学生围绕一起观察喷嘴部位时，喷嘴喷出的水流很可能飞溅到学生身上，影响学生观察。

有鉴于此，发明人针对现有的结构的缺失予以研究改良，提供物理反冲运动实验装置，以期具有更好的实用价值。

发明内容

本发明提供了物理反冲运动实验装置，以解决现有的实验装置演示时间短，水流飞溅到学生身上的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

物理反冲运动实验装置，包括支撑架，所述支撑架上转动连接有密封罐，密封罐顶部同轴转动连接有进气管，支撑架上还设有连通进气管的气泵，所述密封罐外周向均布有多个反冲机构，各反冲机构沿密封罐周向均布，所述反冲机构包括反冲管Ⅰ和反冲管Ⅱ，反冲管Ⅰ与密封罐连通，且沿密封罐径向设置，反冲管Ⅱ一端封闭设置，另一端敞口，反冲管Ⅱ与反冲管Ⅰ连通，且反冲管Ⅰ和反冲管Ⅱ相互垂直，各反冲管Ⅱ的敞口端均朝向密封罐的同一圆周方向。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中气泵通过进气管向密封罐内送入高压气体，高压气体填充满密封罐之后从反冲管Ⅰ和反冲管Ⅱ喷出，由于各反冲管Ⅱ的敞口端均朝向同一圆周方向，因此会驱动密封罐沿着相反方向发生转动，从而完成反冲运动的实验。

2、本方案中采用气泵可以向密封罐不断送入高压气体，不仅能增长实验的观察时间，同时解决了现有技术中采用水流的方式进行实验，水流飞溅到学生身上的问题。

进一步，所述密封罐包括罐体和顶盖，所述顶盖与罐体可拆卸连接。

有益效果：将密封罐设置为罐体与顶盖的可拆卸连接，是便于密封罐的拆卸安装。

进一步，所述顶盖与罐体之间设有密封圈。

有益效果：密封圈的设置能够保证罐体内部的密封性。

进一步，所述顶盖顶部一体成型有凸台，凸台与支撑架之间固定有轴承。

有益效果：设置凸台更便于安装轴承。

进一步，所述凸台上设有连通罐体的安装孔，所述安装孔内安装有旋转接头，进气管与旋转接头连接。

有益效果：旋转接头的设置能够实现进气管与罐体的转动连接。

进一步，所述反冲管Ⅱ与反冲管Ⅰ转动密封连接，各反冲管Ⅱ上均设有驱动反冲管Ⅱ绕反冲管Ⅰ慢速转动的驱动单元。

有益效果：当反冲管Ⅱ慢速地绕反冲管Ⅰ的逆时针方向转动过程中，密封罐的转速也会逐渐发生改变，当反冲管Ⅱ从水平转动至竖直状态时，密封罐趋于停止，而当反冲管Ⅱ从竖直转动至水平状态时，密封罐反转，且转速逐渐增大。这样设计的一个反冲运动实验，不仅仅能够让学生直观的观察到反冲运动的实验原理，同时还能够延长观察的时间。

进一步，所述驱动单元包括齿轮轴、齿轮、齿条和驱动齿条竖向移动的驱动机构，所述齿轮轴固定在反冲管Ⅱ上，且齿轮轴与反冲管Ⅰ同轴设置，齿轮固定在齿轮轴上，齿条与齿轮啮合。

有益效果：通过齿条的移动带动齿轮转动，从而带动反冲管Ⅱ转动，采用齿条齿轮啮合，便于调节反冲管Ⅱ转动的角度。

进一步，所述驱动机构包括滑动连接在密封罐内壁上的装配环Ⅰ和滑动连接在密封罐外壁上的装配环Ⅱ，装配环Ⅰ与装配环Ⅱ上均设有磁铁，且装配环Ⅰ上磁铁与装配环Ⅱ上的磁铁相吸，装配环Ⅰ的内壁上固定有多孔网，所述齿条固定在装配环Ⅱ上。

有益效果：当高压的气流经进气管进入密封罐时，多孔网会受到一定的阻力，从而带动装配环Ⅰ不断向下移动，而由于采用的是多孔网，高压气流会穿过多孔网，因此装配环Ⅰ移动的速度慢，这样使得反冲管Ⅱ也能过慢速的绕反冲管Ⅰ公转，以更便于学生的观察。

进一步，所述齿轮为扇形齿轮，扇形齿轮的轮齿朝上设置，扇形齿轮的扇形夹角为180°。

有益效果：由于我们通常只需要观察反冲管Ⅱ转动180°，因此采用扇形齿轮，避免齿条带动齿轮转动过多。另外在使用时，需要齿条向下移动带动扇形齿轮转动时，反冲管Ⅱ的敞口端是朝上转动的，因为如果反冲管Ⅱ的敞口端是朝下转动的，而转动过程中又有气体喷出，因此会给予密封罐一个向上的反作用力，使得支撑架可能难以继续稳定的放置在地面上。

进一步，所述密封罐采用透明材质制成，密封罐上沿其周向贴有两个相反朝向、颜色不同的箭头标签。

有益效果：采用透明材质的密封罐可便于学生观察密封罐内部驱动机构的工作，而设置两个相反朝向、颜色不同的箭头，能够使得学生对密封罐的转动更加直观。

附图说明

图1为本发明实施例1的局剖图；

图2为图1中A-A的剖切示意图；

图3为本发明实施例2的局剖图；

图4为图3中B部分的放大示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：支撑架1、密封罐10、罐体101、顶盖102、凸台11、轴承12、安装孔13、旋转接头14、进气管15、反冲管Ⅰ16、反冲管Ⅱ17、齿轮轴20、齿轮21、齿条22、装配环Ⅰ23、装配环Ⅱ24、多孔网25、滑轨26、限位台27。

实施例1基本如附图1与图2所示：

物理反冲运动实验装置，包括支撑架1和密封罐10，密封罐10包括顶部敞口的罐体101和可拆卸连接在罐体101顶部的顶盖102，具体为：顶盖102与罐体101之间通过螺栓连接，在顶盖102与罐体101之间还设有密封圈，在顶盖102的顶部一体成型有圆柱形凸台11，在凸台11与支撑架1之间固定有轴承12，以实现密封罐10与支撑架1之间的转动连接。

在凸台11上设有连通罐体101内部的安装孔13，安装孔13与罐体101同轴设置，在安装孔13固定有旋转接头14，旋转接头14上连接有位于罐体101外部的进气管15，进气管15远离旋转接头14一端连接有设置在支撑架1上的气泵，气泵连接有电源。

罐体101上周向均布有多个位于罐体101外部的反冲机构，反冲机构包括反冲管Ⅰ16和反冲管Ⅱ17，其中反冲管Ⅰ16与密封罐10连通，且反冲管Ⅰ16沿密封罐10径向设置，反冲管Ⅱ17一端封闭设置，另一端为敞口，反冲管Ⅱ17与反冲管Ⅰ16连通，且反冲管Ⅰ16和反冲管Ⅱ17相互垂直，各反冲管Ⅱ17的敞口端均朝向罐体101的同一圆周方向，本实施例中各反冲管Ⅱ17的敞口端均朝向逆时针方向。

具体实施时，启动气泵，气泵通过进气管15向密封罐10内送入高压气体，高压气体填充满密封罐10之后从反冲管Ⅰ16和反冲管Ⅱ17喷出，由于各反冲管Ⅱ17的敞口端均朝向逆时针方向，因此会驱动密封罐10沿着顺时针方向发生转动，从而完成反冲运动的实验。

实施例2基本如附图3和图4所示：

与实施例1的区别在于：反冲管Ⅱ17与反冲管Ⅰ16转动密封连接，各反冲管Ⅱ17上均设有驱动反冲管Ⅱ17绕反冲管Ⅰ16转动的驱动单元，驱动单元包括齿轮轴20、齿轮21、齿条22和驱动齿条22竖向移动的驱动机构，其中齿轮轴20固定在反冲管Ⅱ17上，且齿轮轴20与反冲管Ⅰ16同轴设置，即齿轮轴20的中轴线与反冲管Ⅰ16的中轴线重合，齿轮21固定在齿轮轴20上，齿条22与齿轮21啮合，本实施例中齿轮21采用扇形齿轮，其中扇形齿轮的轮齿朝上设置，扇形齿轮的扇形夹角为180°，齿条22位于扇形齿轮的左侧，使得齿条22在向下移动时，扇形齿轮发生逆时针方向的转动。

驱动机构包括滑动连接在密封罐10内壁上的装配环Ⅰ23和滑动连接在密封罐10外壁上的装配环Ⅱ24，装配环Ⅰ23与装配环Ⅱ24上均设有磁铁，且装配环Ⅰ23上磁铁与装配环Ⅱ24上的磁铁相吸，装配环Ⅰ23的内壁上固定有多孔网25，其中齿条22固定在装配环Ⅱ24上，在罐体101内壁上沿周向间距设有滑轨26，其中装配环Ⅰ23滑动连接在滑轨26上，在滑轨26的底部设有限位台27，以防止装配环Ⅰ23滑出滑轨26。本实施例中密封罐10采用透明材质制成，罐体101上沿其周向贴有两个相反朝向、颜色不同的箭头标签。

初始时，多孔网25在未受到高压气体的外力作用时，装配环Ⅰ23与装配环Ⅱ24均位于密封罐10的上部，且各反冲管Ⅱ17的敞口端均朝向逆时针方向，当多孔网25在受高压气体向下的作用时，大部分气流会穿过网孔从反冲管Ⅱ17排出，因此多孔网25带动装配环Ⅰ23缓慢的向下移动，而由于磁铁的作用，装配环Ⅱ24也会同步的慢速向下移动，从而通过齿条22与齿轮21的啮合，使得反冲管Ⅱ17慢速地绕反冲管Ⅰ16的逆时针方向转动。

这样一来，由于一开始各反冲管Ⅱ17的敞口端均是朝向逆时针方向的，因此高压气体从反冲管Ⅱ17排出能够驱使密封罐10产生顺时针方向的转动，而当反冲管Ⅱ17慢速地绕反冲管Ⅰ16的逆时针方向转动过程中，密封罐10的转速也会逐渐发生改变，过程如下：当反冲管Ⅱ17从水平转动至竖直状态时，密封罐10的转动趋于停止，而当反冲管Ⅱ17从竖直转动至水平状态时，密封罐10反转，且转速逐渐增大。

这样设计的一个反冲运动实验，不仅仅能够让学生直观的观察到反冲运动的实验原理，同时还能够延长观察的时间，同时了解更多的机械运动原理。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.物理反冲运动实验装置，包括支撑架，其特征在于：所述支撑架上转动连接有密封罐，密封罐顶部同轴转动连接有进气管，支撑架上还设有连通进气管的气泵，所述密封罐外周向均布有多个反冲机构，各反冲机构沿密封罐周向均布，所述反冲机构包括反冲管Ⅰ和反冲管Ⅱ，反冲管Ⅰ与密封罐连通，且沿密封罐径向设置，反冲管Ⅱ一端封闭设置，另一端敞口，反冲管Ⅱ与反冲管Ⅰ连通，且反冲管Ⅰ和反冲管Ⅱ相互垂直，各反冲管Ⅱ的敞口端均朝向密封罐的同一圆周方向。

2.根据权利要求1所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述密封罐包括罐体和顶盖，所述顶盖与罐体可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述顶盖与罐体之间设有密封圈。

4.根据权利要求3所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述顶盖顶部一体成型有凸台，凸台与支撑架之间固定有轴承。

5.根据权利要求4所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述凸台上设有连通罐体的安装孔，安装孔与罐体同轴设置，所述安装孔内安装有旋转接头，进气管与旋转接头连接。

6.根据权利要求1所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述反冲管Ⅱ与反冲管Ⅰ转动密封连接，各反冲管Ⅱ上均设有驱动反冲管Ⅱ绕反冲管Ⅰ慢速转动的驱动单元。

7.根据权利要求6所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述驱动单元包括齿轮轴、齿轮、齿条和驱动齿条竖向移动的驱动机构，所述齿轮轴固定在反冲管Ⅱ上，且齿轮轴与反冲管Ⅰ同轴设置，齿轮固定在齿轮轴上，齿条与齿轮啮合。

8.根据权利要求7所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述驱动机构包括滑动连接在密封罐内壁上的装配环Ⅰ和滑动连接在密封罐外壁上的装配环Ⅱ，装配环Ⅰ与装配环Ⅱ上均设有磁铁，且装配环Ⅰ上磁铁与装配环Ⅱ上的磁铁相吸，装配环Ⅰ的内壁上固定有多孔网，所述齿条固定在装配环Ⅱ上。

9.根据权利要求8所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述齿轮为扇形齿轮，扇形齿轮的轮齿朝上设置，扇形齿轮的扇形夹角为180°。

10.根据权利要求9所述的物理反冲运动实验装置，其特征在于：所述密封罐采用透明材质制成，密封罐上沿其周向贴有两个相反朝向、颜色不同的箭头标签。