CN212084463U - 一种力的正交分解演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于土木工程专业力学教学领域，具体涉及一种力的正交分解演示仪。包括底板、箭头、插块、槽条2个、垫片和细松紧带；所述箭头的两端设有圆孔，细松紧带可通过圆孔；所述插块可插入槽条内，并可沿槽条的长轴方向滑动；所述垫片具有粘性，槽条通过垫片固定在底板的左侧和下侧，并且槽条外边缘与底板的外边缘重合，分别作为演示仪的x轴、y轴；箭头放置于底板上，每个圆孔通过2条细松紧带与插块固定连接，且细松紧带分别垂直x轴和y轴。本实用新型用细松紧带与底板上坐标纸的网格线平行来保证结果的准确性，操作方便，原理简单。同时具有体积小、重量轻、成本低、操作灵活、构件少、经久耐用等优点。

Description

一种力的正交分解演示仪

技术领域

本实用新型属于土木工程专业力学教学领域，具体涉及一种力的正交分解演示仪。

背景技术

在处理力的合成和分解的复杂问题时，常常采用一种比较简便宜行的方法——正交分解法。而在讲授静力学内容中的力的投影和正交分解时，学生对垂足、点的投影值、力的投影等内容难以顺利接受。

现有技术CN2073140公开了一种力学教学用分力合力演示仪，一个合力尺和四个分力尺，其中两个分力尺的一端用连接轴相连，在连接轴中心设一个合力指示点，另外两个分力尺的一端与合力尺的一端相连，设有两个双向游标分别套在分力尺上，双向游标上设有一个分力指示点。

CN2073609公开了一种力学教学用分力合力平行四边形转换器，由十字架、量角器、圆形滑轨、旋臂定位器、合力计力器、和两个旋臂构成，在旋臂上分别设有一个分力计力器和一个旋臂定位卡。该发明提供了一个构造简单、演示灵活方便的教学演示仪，避免了实验麻烦的问题。

CN2609092公开了一种合力的大小与分力夹角的关系模拟演示器，设有力学教学用分力合力演示仪合力的大小与分力夹角的关系模拟演示器由四个边和对角线组成，两邻边分别做成中空长方体条和槽形体使其吻合，对角线是细绳，一端固定在穿钉上，另一端穿过对角的穿钉，从中空的一边下来，末端固定在收线盒中，使对角线的长度可随四边形形状的改变而自由改变，使教具的演示更生动真实。

CN202352185U公开了一种力学教学用分力合力演示仪力的合成与分解演示器，包括支架、平衡环、弹簧支撑杆、合力尺、分力尺、弹簧、转轴、软钢丝、限位环、同步钢条、半圆轨道、通孔等。该演示器能演示多种情况下的力的合成与分解：演示分力大于合力、等于合力、小于合力；演示合力不变，一分力方向不变，另一分力方向连续变化的复杂力学问题。

然而，现有的演示合力和分力的教学用具多数用于展示合力和分力的关系、夹角，适用于中学阶段进行科普性教学，并没有具体针对合力的两个特殊分力：正交分力，也欠缺对正交分解力的确定和计算的功能的介绍。

实用新型内容

为解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种力的正交分解演示仪，采用了透明亚克力板材制成箭头状杆件模拟力的作用线，用细松紧带模拟与直角坐标系坐标轴垂直的垂线，底板上覆盖坐标纸代表力作用线所在平面，演示力作用线在平面内任意位置时，力的两个正交分力的位置和求解方法。

具体地，本实用新型的技术方案为：

一种力的正交分解演示仪，包括底板1、箭头3、插块2、2个槽条5、垫片 7和细松紧带；

所述箭头的两端设有圆孔4，细松紧带可通过圆孔；

所述插块2可插入槽条5内，并可沿槽条的长轴方向滑动；

所述垫片7具有粘性，槽条5通过垫片7固定在底板1的左侧和下侧，并且槽条外边缘与底板的外缘重合，分别作为演示仪的x轴、y轴；

箭头3放置于底板1上，每个圆孔4通过2条细松紧带与插块固定连接，且细松紧带分别垂直x轴和y轴。

进一步地，所述底板为亚克力板或薄铁皮，实现箭头能依靠磁力吸附在竖直平面位置的铁皮上。

进一步地，所述插块为“工”字型。工字型插块可在底板两条邻边的滑槽内自由滑动，满足箭头在底板平面内任意移动的投影要求。

进一步地，还包括坐标纸，且坐标纸覆盖并固定在底板1上，并使坐标纸上坐标线与底板边界保持平行或重合。

进一步地，所述箭头为亚克力板材或磁性塑胶板，箭头杆选用透明亚克力板材制成，利于观察网格线。

进一步地，所述垫片为12个。使用过程中，垫片设置在槽条的两端，每段可设置4个，上端与槽条粘结，下端与底板粘结，在槽条与底板之间形成可供“工”字型插块自由滑动的空间。

进一步地，所述槽条长轴方向侧面具有刻度线。在不使用坐标纸的情况下，可以直接通过槽条上的刻度读取x、y轴数值。

本实用新型力的正交分解演示仪用箭头实物模拟力的作用线，可实现在平面内任意位置和角度演示并求解力的两个正交分力大小的教学过程。该力的分解演示仪用细松紧带与底板上坐标纸的网格线平行来保证结果的准确性，操作方便，原理简单。同时具有体积小、重量轻、成本低、操作灵活、构件少、经久耐用等优点。

附图说明

图1为本实用新型底板示意图；

图2为本实用新型插块示意图；

图3为本实用新型箭头示意图；

图4为本实用新型槽条示意图；

图5为本实用新型垫片示意图；

图6为本实用新型使用状态示意图1；

图7为本实用新型使用状态示意图2。

图中序号：1、底板 2、插块 3、箭头 4、圆孔 5、槽条 6、槽条槽口 7、垫片 8、下横梁

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本实用新型进行说明，但本领域技术人员应当理解，以下实施例仅构成对本实用信息新型内容的解释说明，并不是对本实用新型保护范围的限制。任何基于本实用新型的思想基础做出的等同替换或变形，均应落入本实用新型保护范围。

实施例

一种力的正交分解演示仪，包括底板、箭头、插块、槽条2个、垫片和细松紧带；所述箭头的两端设有圆孔，细松紧带可通过圆孔；所述插块可插入槽条内，并可沿槽条的长轴方向滑动；所述垫片具有粘性，槽条的两端设置数量相等的垫片，槽条通过垫片固定在底板的左侧和下侧，并且槽条外边缘与底板的外沿重合，分别作为演示仪的x轴、y轴；箭头放置于底板上，每个圆孔通过2条细松紧带与插块固定连接，且细松紧带分别垂直x轴和y轴。优选地，所述底板为亚克力板或薄皮板，箭头为亚克力板材或磁性塑胶板。当底板为薄皮板，箭头为磁性塑胶板时，实现箭头能依靠磁力吸附在竖直平面位置的铁皮上。

所述插块为“工”字型。工字型插块可在底板两条邻边的滑槽内自由滑动，满足箭头在底板平面内任意移动的投影要求。安装时，“工”型插块下端与槽条长轴方向一致，将插块插入槽条，然后顺时针或逆时针旋转90°，使“工”型插块下横梁与槽条相配合，且“工”型插块只能沿槽条长轴方向滑动。“工”型插块下横梁高度小于槽条下垫片总高度。

坐标纸覆盖并固定在底板上，并使坐标纸上坐标线与底板边界保持平行或重合。垫片具有粘性，槽条通过垫片固定在底板的左侧和下侧，并且槽条外边缘与底板的外沿重合，分别作为演示仪的x轴、y轴。

优选地，底板的长、宽分别为40cm，厚为0.3cm；箭头总长为24cm，圆孔直径为0.5cm，厚为0.3cm，圆孔距离箭头最近的端点的距离为1cm；“工”型插块长2.5cm，宽2.0cm,厚0.3cm；槽条长37cm，宽3cm，厚0.3cm，槽条槽口长 35cm，宽1.0cm；垫片长3.0cm，宽1.0cm，厚0.3cm；垫片为12个，槽条两端分别设置3个垫片，共12个垫片；“工”型插块竖直方向竖梁的宽度小于槽条槽口的宽度。

参考图6，坐标纸覆盖并固定在底板上，并使坐标纸上坐标线与底板边界保持平行或重合，图6中未具体画出坐标纸示意图，但使用时存在。或不使用坐标纸，直接使用带有刻度的槽条，直接从槽条上显示的刻度读取坐标值。演示力的正交分力时，先将箭头摆放在底板上某一位置，再将箭头杆根部A的两个插块分别插入底板左侧、下侧的板条槽内，并使两插块与箭头根部圆孔之间的两根细松紧带分别平行于两槽条，或使两松紧带与坐标纸上坐标线保持平行；同样箭头头部B的两个插块也做同样处理。此时，底板下端槽条内的两根平行于y轴 (底板左侧板条槽)的细松紧带间的距离即是合力在水平x轴上的投影F_x，箭头头部在x轴上的垂足的坐标x_b减去箭头根部在x轴上的垂足的坐标x_a，则F_x＝x_b－x_a，若计算结果为正，则x轴上的正交分力指向x轴正向，否则指向x轴负方向。同理，底板左侧的两条细松紧带间距离代表合力在竖直y 轴上的投影F_y，F_y＝y_b－y_a，若计算结果为正，则y轴上的正交分力指向y轴正向，否则指向y轴负方向。

参考图7，图7中未具体画出槽条，仅以x、y轴示意，实际使用过程中，水平方向、竖直方向的槽条分别作为x轴和y轴。坐标纸由均匀的网格线构成，且四边角内均有量角用刻度线，箭头的轴线与X轴的夹角θ可通过角度线量测、读取，也可利用力F的正交分力Fx，Fy与夹角的正切函数关系计算获得。

Claims (7)

1.一种力的正交分解演示仪，其特征在于：包括底板(1)、箭头(3)、插块(2)、槽条(5)、垫片(7)和细松紧带；

所述箭头的两端设有圆孔(4)，细松紧带可通过圆孔；

所述插块(2)可插入槽条(5)内，并可沿槽条的长轴方向滑动；

所述垫片(7)具有粘性，槽条(5)通过垫片(7)固定在底板(1)的左侧和下侧，并且槽条外边缘与底板的外缘重合，分别作为演示仪的x轴、y轴；

所述槽条(5)为2个；

箭头(3)放置于底板(1)上，每个圆孔(4)通过2条细松紧带与插块固定连接，且细松紧带分别垂直x轴和y轴。

2.根据权利要求1所述的力的正交分解演示仪，其特征在于：所述底板为亚克力板或薄铁皮。

3.根据权利要求1所述的力的正交分解演示仪，其特征在于：所述插块为“工”字型。

4.根据权利要求1所述的力的正交分解演示仪，其特征在于：还包括坐标纸，且坐标纸覆盖并固定在底板(1)上，并使坐标纸上坐标线与底板边界保持平行或重合。

5.根据权利要求1-4任一所述的力的正交分解演示仪，其特征在于：所述箭头为亚克力板材或磁性塑胶板。

6.根据权利要求1所述的力的正交分解演示仪，其特征在于：所述垫片为12个。

7.根据权利要求1所述的力的正交分解演示仪，其特征在于：所述槽条长轴方向侧面具有刻度线。

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