CN211237436U - 科里奥利力实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了科里奥利力实验仪，包括底盘，底盘的内部安装有减速电机一，减速电机一的输出端平键连接有传动齿轮，底盘的顶部设置有轴承一，轴承一的内部插接有转轴一，转轴一的外部设置有转盘，转盘底部的内部设置有大齿轮一，且大齿轮一与传动齿轮相啮合，转盘的内部通过螺栓安装有减速电机，减速电机的输出端平键连接有齿轮盘，转盘的内部设置有轴承二，轴承二的内部插接有转轴二，转轴二的外壁套接有大齿轮二，且大齿轮二与齿轮盘相啮合。本实用新型通过设置的科里奥利力实验仪，可以验证科里奥利力表达式；可以测量科里奥利力；可以测量向心力。

Description

科里奥利力实验仪

技术领域

本实用新型涉及科里奥利力技术领域，尤其涉及科里奥利力实验仪。

背景技术

科里奥利力也称作哥里奥利力，简称为科氏力，是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性，为了使牛顿第二定律在非惯性系中成立，人们引入了惯性力。科里奥利力也属于惯性力，其出现在转动的非惯性参考系中。

现有技术中大多科里奥利力实验大多是只能演示科氏力的定性实验，对于科里奥利力进行测定的定量实验较少。现有的实验装置多是测物体在旋转的非惯性系中沿径向运动时受到的科氏力，而对物体在旋转的非惯性系中做圆周运动时受到的科氏力进行演示的实验装置有待被发掘。简单来说，以地球为例，径向运动可看作沿着地球经线运动，横向运动即沿着地球的纬线运动。

因此，亟需设计科里奥利力实验仪来解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的大多科里奥利力实验只能演示科氏力，而对于科里奥利力进行测定的实验很少，且多为测沿着径向运动时受到的科里奥利力，对于横向运动时受到的科里奥利力有待被发掘，简单来说，以地球为例，径向运动可看作沿着地球经线运动，横向运动即沿着地球的纬线运动缺点，而提出的科里奥利力实验仪。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：科里奥利力实验仪，包括底盘，所述底盘的内部安装有减速电机一，所述减速电机一的输出端平键连接有传动齿轮，所述底盘的顶部设置有轴承一，所述轴承一的内部插接有转轴一，所述转轴一的外部设置有转盘，所述转盘底部的内部设置有大齿轮一，且大齿轮一与传动齿轮相啮合，所述转盘的内部通过螺栓安装有减速电机，所述减速电机的输出端平键连接有齿轮盘，所述转盘的内部设置有轴承二，所述轴承二的内部插接有转轴二，所述转轴二的外壁套接有大齿轮二，且大齿轮二与齿轮盘相啮合，所述底盘的顶部设置有四个细铁棒，所述细铁棒的一侧设置有侧壁，所述侧壁的一侧设置有薄膜压力传感器。

上述技术方案的关键构思在于：可以验证科里奥利力表达式；可以测量科里奥利力；可以测量向心力。

进一步的，所述转盘的顶部开有凹槽二，且凹槽二的内部插接有小木条。

进一步的，所述底盘的顶部开有凹槽一，所述凹槽一的内部设置有滚球。

进一步的，所述转轴二的顶端两侧均焊接有转杆，其中一个所述转杆的一端设置有钢球。

进一步的，所述底盘的顶部一侧设置有开关一和调速器一，所述转盘的两侧分别安装有开关二和调速器二。

进一步的，所述底盘的内部设置有直流V电源一，所述转盘的内部设置有直流V电源二，所述底盘的一侧设置有压力显示器，且压力显示器的接收端与薄膜压力传感器的输出端形成电性连接。

进一步的，所述底盘的顶部设置有两个固定齿轮，且固定齿轮与大齿轮一相啮合。

本实用新型的有益效果为：

1.通过设置的科里奥利力实验仪，可以验证科里奥利力表达式；可以测量科里奥利力；可以测量向心力。

2.通过设置的固定齿轮、齿轮、滚球和转轴，能够保证了转台转动的平稳和顺利，提高科里奥利力实验仪运行时的稳定性，从而增加实验的效果。

附图说明

图1为本实用新型提出的科里奥利力实验仪的主视结构示意图；

图2为本实用新型提出的科里奥利力实验仪的底盘俯视结构示意图；

图3为本实用新型提出的科里奥利力实验仪的侧视结构示意图。

图中：1直流5v电源一、2减速电机一、3轴承一、4转轴一、5 滚球、6凹槽一、7大齿轮、8开关一、9调速器一、10直流5v电源二、11减速电机、12开关二、13调速器二、14轴承二、15转轴二、 16大齿轮、17转杆、18钢球、19凹槽二、20侧壁、21细铁棒、22 薄膜压力传感器、23压力显示器、24固定齿轮、25传动齿轮、26小木条、27底盘、28转盘。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请同时参见图1至图3，科里奥利力实验仪，包括底盘27，底盘 27的内部安装有减速电机一2，减速电机一2的输出端平键连接有传动齿轮25，底盘27的顶部设置有轴承一3，轴承一3的内部插接有转轴一4，转轴一4的外部设置有转盘28，在转盘28的凹槽二19内插入小木条26以固定转杆，打开开关一8，启动减速电机一2，固定转杆17会带动钢球18以和转盘28相同的角速度转动，待压力显示器23示数稳定后读取压力F₁。通过无线转速表测量钢球转速为ω₁，转盘28底部的内部设置有大齿轮一7，且大齿轮一7与传动齿轮25 相啮合，转盘28的内部通过螺栓安装有减速电机11，减速电机11 的输出端平键连接有齿轮盘，转盘28的内部设置有轴承二14，轴承二14的内部插接有转轴二15，转轴二15的外壁套接有大齿轮二16，且大齿轮二16与齿轮盘相啮合，底盘27的顶部设置有四个细铁棒 21，细铁棒21的一侧设置有侧壁20，侧壁20的一侧设置有薄膜压力传感器22。

从上述描述可知，本实用新型具有以下有益效果：通过设置的科里奥利力实验仪，可以验证科里奥利力表达式；可以测量科里奥利力；可以测量向心力。

进一步的，转盘28的顶部开有凹槽二19，且凹槽二19的内部插接有小木条26。

进一步的，底盘27的顶部开有凹槽一6，凹槽一6的内部设置有滚球5，滚球5转动在凹槽一6的内部，能够保证了转台转动的平稳和顺利。

进一步的，转轴二15的顶端两侧均焊接有转杆17，其中一个转杆17的一端设置有钢球18，启动减速电机一2，固定转杆17会带动钢球18以和转盘28相同的角速度转动。

进一步的，底盘27的顶部一侧设置有开关一8和调速器一9，通过调节调速器一9和调速器二13，改变转盘28与钢球的转速，重复上述实验。得到多组数据，转盘28的两侧分别安装有开关二12和调速器二13。

进一步的，底盘27的内部设置有直流5V电源一1，转盘28的内部设置有直流5V电源二10，底盘27的一侧设置有压力显示器23，且压力显示器23的接收端与薄膜压力传感器22的输出端形成电性连接。

进一步的，底盘27的顶部设置有两个固定齿轮24，且固定齿轮 24与大齿轮一7相啮合，能够保证了转台转动的平稳和顺利，提高科里奥利力实验仪运行时的稳定性，从而增加实验的效果。

采用上述设置的固定齿轮24、齿轮、滚球和转轴，能够保证了转台转动的平稳和顺利，提高科里奥利力实验仪运行时的稳定性，从而增加实验的效果。

以下再列举出几个优选实施例或应用实施例，以帮助本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术内容以及本实用新型相对于现有技术所做出的技术贡献：

实施例1

科里奥利力实验仪，包括底盘27，底盘27的内部安装有减速电机一2，减速电机一2的输出端平键连接有传动齿轮25，底盘27的顶部设置有轴承一3，轴承一3的内部插接有转轴一4，转轴一4的外部设置有转盘28，在转盘28的凹槽二19内插入小木条26以固定转杆，打开开关一8，启动减速电机一2，固定转杆17会带动钢球 18以和转盘28相同的角速度转动，待压力显示器23示数稳定后读取压力F₁。通过无线转速表测量钢球转速为ω₁，转盘28底部的内部设置有大齿轮一7，且大齿轮一7与传动齿轮25相啮合，转盘28的内部通过螺栓安装有减速电机11，减速电机11的输出端平键连接有齿轮盘，转盘28的内部设置有轴承二14，轴承二14的内部插接有转轴二15，转轴二15的外壁套接有大齿轮二16，且大齿轮二16与齿轮盘相啮合，底盘27的顶部设置有四个细铁棒21，细铁棒21的一侧设置有侧壁20，侧壁20的一侧设置有薄膜压力传感器22。

其中，转盘28的顶部开有凹槽二19，且凹槽二19的内部插接有小木条26；底盘27的顶部开有凹槽一6，凹槽一6的内部设置有滚球5，滚球5转动在凹槽一6的内部，能够保证了转台转动的平稳和顺利；转轴二15的顶端两侧均焊接有转杆17，其中一个转杆17 的一端设置有钢球18，启动减速电机一2，固定转杆17会带动钢球 18以和转盘28相同的角速度转动；底盘27的顶部一侧设置有开关一8和调速器一9，通过调节调速器一9和调速器二13，改变转盘 28与钢球的转速，重复上述实验，得到多组数据，转盘28的两侧分别安装有开关二12和调速器二13；底盘27的内部设置有直流5V电源一1，转盘28的内部设置有直流5V电源二10，底盘27的一侧设置有压力显示器23，且压力显示器23的接收端与薄膜压力传感器22 的输出端形成电性连接；底盘27的顶部设置有两个固定齿轮24，且固定齿轮24与大齿轮一7相啮合，能够保证了转台转动的平稳和顺利，提高科里奥利力实验仪运行时的稳定性，从而增加实验的效果。具体的，本实用新型的工作原理如下：使用时，(1)在转盘28的凹槽二19内插入小木条26以固定转杆，打开开关一8，启动减速电机一2，固定转杆17会带动钢球18以和转盘28相同的角速度转动，待压力显示器23示数稳定后读取压力F₁。通过无线转速表测量钢球转速为ω₁。

(2)关闭开关一8，抽出小木条26，启动开关二12，转杆17带动钢球18转动，待转动稳定后，通过压力显示器23读取压力F₂。通过无线转速表测量钢球转速为ω₂。

(3)再启动开关一8，待压力显示器23示数稳定后读取压力F₀，通过无线转速表测量钢球转速为ω₂。此时转盘28与步骤一保持同样的角速度，即ω₁。

(4)先关闭开关一8，再关闭开关二12。测得科里奥利力大小为F₃＝F₀-F₁-F₂，比较F₃和F₀₃的大小。

(5)通过调节调速器一9和调速器二13，改变转盘28与钢球的转速，重复上述实验。得到多组数据。

转盘28以ω₀₁的角速度相对于底盘27顺时针(从上往下看)转动。固定在转盘28上的转杆17以ω₀₂的角速度相对于转盘28顺时针转动，转杆17会带动其末端的钢球18以相同的角速度转动。钢球18到其做圆周运动的圆心的距离为r，所以钢球18的速度大小为ω₀₂r。钢球18受到重力，支持力，侧壁的压力。水平方向上只受侧壁的压力,设钢球18的质量为m，则其大小为 F₀₀＝m(ω₀₁+ω₀₂)²r＝mω₀₁ ²r+mω₀₂ ²r+2mω₀₁ω₀₂r，方向指向圆心。

若人站在转盘28上观察小球，小球做圆周运动所需要的向心力大小为F₀₂＝mω₀₂ ²r。此时是不满足牛顿第二定律的，因为参考系是非惯性参考系。为使牛顿第二定律得到满足，人们引入了惯性力。一般情况下，物体在非惯性参考系中受到的惯性力为平动惯性力，法向惯性力，切向惯性力和科里奥利力。对于本实验的模型而言，惯性力只有法向惯性力和科里奥利力，法向惯性力的大小为 F₀₁＝mω₀₁ ²r，方向沿径向；科里奥利力大小为F₀₃＝2mω₀₁ω₀₂r，方向也沿径向。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.科里奥利力实验仪，包括底盘（27），其特征在于，所述底盘（27）的内部安装有减速电机一（2），所述减速电机一（2）的输出端平键连接有传动齿轮（25），所述底盘（27）的顶部设置有轴承一（3），所述轴承一（3）的内部插接有转轴一（4），所述转轴一（4）的外部设置有转盘（28），所述转盘（28）底部的内部设置有大齿轮一（7），且大齿轮一（7）与传动齿轮（25）相啮合，所述转盘（28）的内部通过螺栓安装有减速电机（11），所述减速电机（11）的输出端平键连接有齿轮盘，所述转盘（28）的内部设置有轴承二（14），所述轴承二（14）的内部插接有转轴二（15），所述转轴二（15）的外壁套接有大齿轮二（16），且大齿轮二（16）与齿轮盘相啮合，所述底盘（27）的顶部设置有四个细铁棒（21），所述细铁棒（21）的一侧设置有侧壁（20），所述侧壁（20）的一侧设置有薄膜压力传感器（22）。

2.根据权利要求1所述的科里奥利力实验仪，其特征在于，所述转盘（28）的顶部开有凹槽二（19），且凹槽二（19）的内部插接有小木条（26）。

3.根据权利要求1所述的科里奥利力实验仪，其特征在于，所述底盘（27）的顶部开有凹槽一（6），所述凹槽一（6）的内部设置有滚球（5）。

4.根据权利要求1所述的科里奥利力实验仪，其特征在于，所述转轴二（15）的顶端两侧均焊接有转杆（17），其中一个所述转杆（17）的一端设置有钢球（18）。

5.根据权利要求1所述的科里奥利力实验仪，其特征在于，所述底盘（27）的顶部一侧设置有开关一（8）和调速器一（9），所述转盘（28）的两侧分别安装有开关二（12）和调速器二（13）。

6.根据权利要求1所述的科里奥利力实验仪，其特征在于，所述底盘（27）的内部设置有直流5V电源一（1），所述转盘（28）的内部设置有直流5V电源二（10），所述底盘（27）的一侧设置有压力显示器（23），且压力显示器（23）的接收端与薄膜压力传感器（22）的输出端形成电性连接。

7.根据权利要求1所述的科里奥利力实验仪，其特征在于，所述底盘（27）的顶部设置有两个固定齿轮（24），且固定齿轮（24）与大齿轮一（7）相啮合。

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