CN201829095U - 一种三力平衡汇交定理教学实验装置 - Google Patents

一种三力平衡汇交定理教学实验装置 Download PDF

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张经纬
朱超
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Abstract

一种三力平衡汇交定理教学实验装置，包括由上箱体和下箱体装配而成的箱体，所述箱体设置一环形轨道，轨道内安装三个可以绕轨道自由转动的滚动体，每个滚动体上连接一个轻质弹簧测力计，每个轻质弹簧测力计的另一端与一读数环连接在一起，形成一组测力机构；前述三组测力机构的读数环全部连接在一外缘刻有360°角度值的量角环上；三组测力机构的滚动体分别由U形销针锁定在下箱体。本实用新型能够直观地测量三力平衡时力的大小和方向，观察三力中某一力的方向改变时其他两个力的变化情况；通过计算测量结果即可验证和说明三力平衡汇交定理；该装置结构简单、成本低，操作方便、表达直观、易于理解、便于携带。

Description

一种三力平衡汇交定理教学实验装置 
技术领域
本实用新型涉及一种教学实验装置，尤其是涉及理论力学中的一种三力平衡汇交定理教学实验装置。 
背景技术
目前，在讲解理论力学静力学理论时，首先要使学生深入理解力的基本性质，懂得和理解力学公理，并且要理解和掌握物体的受力分析、画出受力图；在这一教学过程中三力平衡汇交定理作为一种非常重要的方法，备受老师和学生的重视。教材中是通过作用在刚体上同一平面不同点上的三个互为平衡的力，用力的可传性和平行四边形法则来证明的。由于理论力学中作用在物体上力的作用点一般不为同一点，与高中物理中外力大都作用在同一点有很大区别，学生在作物体受力分析时往往难以巧妙运用三力平衡汇交定理，这主要是因为学生缺乏对三力平衡汇交定理的感性认识，故很需要一种直观的实验装置以帮助学生理解这一定理。 
实用新型内容
针对上述情况，本实用新型提供一种三力平衡汇交定理教学实验装置，以解决学生因为缺乏对三力平衡汇交定理的理解而难以掌握运用三力平衡汇交定理作物体受力分析的问题。 
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下： 
一种三力平衡汇交定理教学实验装置，其特征是，包括由环形上箱体和带环形台阶下箱体装配而成的箱体，所述箱体内设置有一环形轨道，轨道内安装有三个可以绕轨道自由转动的滚动体，每个滚动体上连接一轻质弹簧测力计，每个轻质弹簧测力计的另一端与一读数环连接在一起，形成一组测力机构；前述三组测力机构的读数环全部连接在一量角环上；三组测力机构的滚动体分别由U形销针锁定在下箱体。 
进一步，所述上箱体和下箱体分别加工有一截面为半圆形的环形槽，在上箱体和下箱体的内侧面沿半圆形环形槽端面加工有一缺口，两环形槽尺寸相同，使由上箱体与下箱体装配而成的箱体形成一截面为带开口的圆形的环形槽，即前述环形轨道。 
进一步，所述下箱体沿其内侧面边缘、滚动体与轻质弹簧连接处外缘的端面处加工有一圈销孔，各销孔的中心距与U形销针两针头的距离相等。 
进一步，所述读数环为带有开口的椭圆形的细小光滑钢环。 
进一步，所述量角环为外缘刻有360°角度值的表面光滑的圆环。 
本实用新型的有益效果是，能够直观地测量三力平衡时力的大小和方向，观察三力中某一力的方向改变时其他两个力的变化情况；将平衡时的三个力画在一个平面直角坐标系上，通过计算x轴和y轴的矢量和为零，即可验证和说明三力平衡汇交定理；该装置结构简单、成本低，操作方便、表达直观、易于理解、便于携带。 
附图说明
图1为本实用新型一种三力平衡汇交定理教学实验装置的结构示意图。 
图2为本实用新型一种三力平衡汇交定理教学实验装置的局部剖视图。 
图3为本实用新型一种三力平衡汇交定理教学实验装置读数环的主视图。 
图4为本实用新型一种三力平衡汇交定理教学实验装置量角环的主视图。 
图5为本实用新型一种三力平衡汇交定理教学实验装置销针的主视图。 
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。 
参见图1、图2、图3，一种三力平衡汇交定理教学实验装置，包括由环形上箱体5和带环形台阶的下箱体6装配而成的箱体，所述上箱体5和下箱体6分别加工有一截面为带缺口的半圆形的环形槽，两环形槽尺寸相同，使所述箱体形成一截面为带开口的圆形的环形槽，该环形槽作为滚动体4的轨道9，滚动体4可以绕轨道9自由转动，在每个滚动体4上连接一个测量拉力的轻质弹簧测力计3，每个轻质弹簧测力计3的另一端与一个带有开口的椭圆形的细小光滑钢环的读数环2连接在一起，形成一组测力机构，故共形成三组测力机构，分别是测力机构I、测力机构II、测力机构III；参见图4、图5，前述三组测力机构的读数环2通过其上的开口装配在量角环1上。所述下箱体6在其内侧面边缘、滚动体4与轻质弹簧3连接处外缘的端面处加工有一圈销孔8，通过U型销针7与销孔8的配合将测力机构的滚动体4锁定。 
操作该实验装置时，将测力机构I、测力机构II、测力机构III组装好，把三组测力机构上的读数环2都与量角环1连接，用销针7在任意位置固定任意两组测力机构的滚动体4，再用手去滑动第三组测力机构的滚动体4，用销针7固定第三个实验组的滚动体4，待整个实验装置恢复静止状态，用肉眼直接从轻质弹簧测力计3读出三个力大小，从量角环与读数环的重合位置读出三个拉力两两之间的夹角值，再将三个拉力的大小和方向确定在一个平面直角坐标系中，通过计算三力的矢量和为零来说明和验证三力平衡汇交定理。 
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。 

Claims (5)

1.一种三力平衡汇交定理教学实验装置，其特征是，包括由环形上箱体和带环形台阶的下箱体装配而成的箱体，所述箱体内设置有一环形轨道，轨道内安装有三个可以绕轨道自由转动的滚动体，每个滚动体上连接一轻质弹簧测力计，每个轻质弹簧测力计的另一端与一读数环连接在一起，形成一组测力机构；前述三组测力机构的读数环全部连接在一量角环上；三组测力机构的滚动体分别由U形销针锁定在下箱体。
2.根据权利要求1所述的一种三力平衡汇交定理教学实验装置，其特征是，所述上箱体和下箱体分别加工有一截面为半圆形的环形槽，在上箱体和下箱体的内侧面沿半圆形环形槽端面加工有一缺口，两环形槽尺寸相同，使由上箱体与下箱体装配而成的箱体形成一截面为带开口的圆形的环形槽，即前述环形轨道。
3.根据权利要求1所述的一种三力平衡汇交定理教学实验装置，其特征是，所述下箱体沿其内侧面边缘、滚动体与轻质弹簧连接处外缘的端面处加工有一圈销孔，各销孔的中心距与U形销针两针头的距离相等。
4.根据权利要求1所述的一种三力平衡汇交定理教学实验装置，其特征是，所述读数环为带有开口的椭圆形的细小光滑钢环。
5.根据权利要求1所述的一种三力平衡汇交定理教学实验装置，其特征是，所述量角环为外缘刻有360°角度值的表面光滑的圆环。 
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