CN208014222U - 一种超声悬浮自由落体实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超声悬浮自由落体实验平台，包括基座、有机玻璃管罩、四个超声波换能器、超声波电源、升降平台、液氮注入铜管，所述有机玻璃管罩设置在基座上端面，所述基座上端面还设有四根支撑柱，四根支撑柱顶端分别设有四个对称设置的超声波换能器，所述超声波电源设置在基座侧部，所述升降平台设置在有机玻璃管罩内部下端，所述液氮注入铜管的管口贯穿有机玻璃管罩侧壁，所述机玻璃管罩的顶端与侧壁分别设有上观察口与侧观察口。本实用新型采用超声波驻波原理，对所研究的固体、液体的形状、状态等均无要求，相较于磁悬浮装置，扩大了应用范围。

Description

一种超声悬浮自由落体实验平台

技术领域

本实用新型涉及物理实验领域，具体涉及一种超声悬浮自由落体实验平台。

背景技术

物理学本身是一门实验科学，它是与观察、实验为基础，它的规律都是通过对生活中的一些现象观察和在实验的，认真思考总结得来的。自由落体运动源于地心引力，是指，物体只在受重力作用下从相对禁止开始下落的运动(其初速度为V0＝0m/s)。现有的自由落体实验装置往往是在真空环境下进行，其操作繁琐，实验效果差，不能精确的得到相关实验数据。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声悬浮自由落体实验平台，用于更好的研究自由落体、各种液体的跌落撞击等实验。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种超声悬浮自由落体实验平台，包括基座、有机玻璃管罩、四个超声波换能器、超声波电源、升降平台、液氮注入铜管，所述有机玻璃管罩设置在基座上端面，所述基座上端面还设有四根等高并均匀分布在有机玻璃管罩四周的支撑柱，四根支撑柱顶端分别设有四个对称设置的超声波换能器，四个超声波换能器的变幅杆均贯穿有机玻璃管罩的侧壁，所述超声波电源设置在基座侧部，并电性连接所述的超声波换能器，所述升降平台设置在有机玻璃管罩内部下端，所述液氮注入铜管的管口贯穿有机玻璃管罩侧壁，且其管口高度与四个超声波换能器的变幅杆水平高度平齐，并延伸至有机玻璃管罩中心，所述机玻璃管罩的顶端与侧壁分别设有上观察口与侧观察口。

进一步的，所述升降平台通过设置在基座内的伺服电机、丝杠、滑块以及支撑杆实现升降功能，所述伺服电机设置在基座底部，且伺服电机主轴朝上，所述丝杠竖直连接伺服电机主轴，所述丝杠上螺纹连接有所述的滑块，所述滑块连接所述的支撑杆，所述支撑杆贯穿基座上端面，固定连接所述的升降平台。

进一步的，所述液氮注入铜管通过输入至有机玻璃管罩内的液氮将悬浮在有机玻璃管罩内的液体瞬间液化至固体颗粒。

进一步的，所述超声波电源功率为50-100瓦，超声频率为30-35KHZ。

进一步的，所述上观察口用于放置悬浮物，所述侧观察口用于架设监控设备。

进一步的，所述超声波换能器的变幅杆与有机玻璃管罩侧壁之间的贯穿处采用柔性密封橡胶套连接，并使用胶水进行密封。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所提供的一种超声悬浮自由落体实验平台，可以在单一纯净的氮气环境中，采用超声波电源提供能量，在四个超声波换能器的共同作用下，利用超声波驻波原理，将所研究的各种固体、液体小颗粒悬浮在换能器正中间；当在关闭超声波电源的瞬间，所研究的固体和液体将在0初速度的状态下，进行自由落体，提高了自由落体实验的精准性。同时，该实用新型采用超声波驻波原理，对所研究的固体、液体的形状、状态等均无要求，相较于磁悬浮装置，扩大了应用范围。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型结构剖视图。

图3为本实用新型结构俯视图。

图中：1、基座平台，2、有机玻璃管罩，3、超声波换能器，4、超声波电源，5、升降平台，6、液氮注入铜管，7、支撑柱，8、变幅杆，9、上观察口，10、侧观察口，11、伺服电机，12、丝杠，13、滑块，14、支撑杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种超声悬浮自由落体实验平台包括基座1、有机玻璃管罩2、四个超声波换能器3、超声波电源4、升降平台5、液氮注入铜管6，所述有机玻璃管罩2设置在基座1上端面，所述基座1上端面还设有四根等高并均匀分布在有机玻璃管罩2四周的支撑柱7，四根支撑柱7顶端分别设有四个对称设置的超声波换能器3，四个超声波换能器3的变幅杆8均贯穿有机玻璃管罩2的侧壁，所述超声波电源4设置在基座1侧部，并电性连接所述的超声波换能器3，所述升降平台5设置在有机玻璃管罩2内部下端，所述液氮注入铜管6的管口贯穿有机玻璃管罩2侧壁，且其管口高度与四个超声波换能器3的变幅杆8水平高度平齐，并延伸至有机玻璃管罩2中心，所述机玻璃管罩2的顶端与侧壁分别设有上观察口9与侧观察口10。

所述升降平台2通过设置在基座1内的伺服电机11、丝杠12、滑块13以及支撑杆14实现升降功能，所述伺服电机11设置在基座1底部，且伺服电机11主轴朝上，所述丝杠12竖直连接伺服电机11主轴，所述丝杠12上螺纹连接有所述的滑块13，所述滑块13连接所述的支撑杆14，所述支撑杆14贯穿基座上端面，固定连接所述的升降平台2。

所述液氮注入铜管6通过输入至有机玻璃管罩2内的液氮将悬浮在有机玻璃管罩2内的液体瞬间液化至固体颗粒。

所述超声波电源4功率为50-100瓦，超声频率为30-35KHZ。

所述上观察口9用于放置悬浮物，所述侧观察口10用于架设监控设备。

所述超声波换能器3的变幅杆8与有机玻璃管罩2侧壁之间的贯穿处采用柔性密封橡胶套连接，并使用胶水进行密封，以保持机玻璃管罩3内部相对密封环境。

工作过程：首先，开启超声波电源4使四个超声波换能器3处于工作状态，其中相对设置的两个超声波换能器3为一组，共两组，打开有机玻璃管罩2的上观察口9，采用注射器将所研究的液体放置于两组超声波换能器3水平中心位置交叉点上(如果是固体材料，可采用镊子进行放入)；由于在每组超声波换能器3的发射端发出振幅、频率一样的正弦波，经过每组超声波换能器3的接受端的反射，形成一组振幅、频率一样，单方向完全相反的反射波，在两组正弦波和反射波交叉在一起，会形成波节和波腹；在波节处为能量的集中点，可以产生一个束缚力，当该束缚力大于所研究材料的重量时，随机形成悬浮状态。所研究材料悬浮之后，通过液氮注入铜管6往有机玻璃管罩2内通入液氮，将液体瞬间液化至固体颗粒(如果是固体材料，则无需通入液氮)；同时，通过伺服电机11的旋转，可控制升降平台2距离所研究物体的高度差，达到实验所要的高度距离；最后，关闭超声波电源，所研究物体在瞬间失去超声波所产生的束缚力，将随着重力方向做0初速度的自由落体运动，也可通过有机玻璃，观察所研究物体自由落体后撞击到平台瞬间的状态。

以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定，任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超声悬浮自由落体实验平台，其特征在于，包括基座、有机玻璃管罩、四个超声波换能器、超声波电源、升降平台、液氮注入铜管，所述有机玻璃管罩设置在基座上端面，所述基座上端面还设有四根等高并均匀分布在有机玻璃管罩四周的支撑柱，四根支撑柱顶端分别设有四个对称设置的超声波换能器，四个超声波换能器的变幅杆均贯穿有机玻璃管罩的侧壁，所述超声波电源设置在基座侧部，并电性连接所述的超声波换能器，所述升降平台设置在有机玻璃管罩内部下端，所述液氮注入铜管的管口贯穿有机玻璃管罩侧壁，且其管口高度与四个超声波换能器的变幅杆水平高度平齐，并延伸至有机玻璃管罩中心，所述机玻璃管罩的顶端与侧壁分别设有上观察口与侧观察口。

2.根据权利要求1所述的超声悬浮自由落体实验平台，其特征在于,所述升降平台通过设置在基座内的伺服电机、丝杠、滑块以及支撑杆实现升降功能，所述伺服电机设置在基座底部，且伺服电机主轴朝上，所述丝杠竖直连接伺服电机主轴，所述丝杠上螺纹连接有所述的滑块，所述滑块连接所述的支撑杆，所述支撑杆贯穿基座上端面，固定连接所述的升降平台。

3.根据权利要求1所述的超声悬浮自由落体实验平台，其特征在于，所述液氮注入铜管通过输入至有机玻璃管罩内的液氮将悬浮在有机玻璃管罩内的液体瞬间液化至固体颗粒。

4.根据权利要求1所述的超声悬浮自由落体实验平台，其特征在于，所述超声波电源功率为50-100瓦，超声频率为30-35KHZ。

5.根据权利要求1所述的超声悬浮自由落体实验平台，其特征在于，所述上观察口用于放置悬浮物，所述侧观察口用于架设监控设备。

6.根据权利要求1所述的超声悬浮自由落体实验平台，其特征在于，所述超声波换能器的变幅杆与有机玻璃管罩侧壁之间的贯穿处采用柔性密封橡胶套连接，并使用胶水进行密封。