DE2501181A1

DE2501181A1 - Wave propagation displaying device - for teaching purposes, has element with spiral pattern whose rotation simulates wave movement

Info

Publication number: DE2501181A1
Application number: DE19752501181
Authority: DE
Inventors: Klaus P Franze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-14
Filing date: 1975-01-14
Publication date: 1976-07-15

Abstract

The element (8) may easily be exchanged in order to demonstrate different wave motions, and it is mounted in a support (7) which rotates it about its longitudinal axis. A series of curves (13) which represent the wave action are plotted on the element (8), which represent during its rotaion the required wave movement the element (8) can be moved on the support (7) along its axis on guides (3) at any speed, driven by a drive (5). Alternative versions of the rotor (8) may be diamond shaped or may have other shapes in order to demonstrate different types of wave train.

Description

Einrichtung zum Darstellen von Wellenbewegungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Darstellen von Wellenbewegungen, insbesondere für Lehrzwecke, welche aus einem durch Drehen um seine Längsachse eine Wellenbewegung simulierenden Objektkörper besteht. Device for displaying wave movements The invention relates to a device for displaying wave movements, especially for teaching purposes, which simulates a wave motion by rotating around its longitudinal axis Object body consists.

Eine genaue Kenntnis über die Entstehung, Ausbreitung bzw. Portpflanzung und Größenordnung von Wellen bzw.Exact knowledge about the formation, spread or port planting and order of magnitude of waves or

Schwingungen ist heute nahezu in allen Bereichen der Technik unerläßlich. Es ist daher erforderlich, diese Materie an Schulen und anderen Lehrstätten entsprechend intensiv zu behandeln. Leider fehlen hierfür in den meisten Pällen die nötigen finanziellen Mittel zur Beschaffung von entsprechenden Einrichtungen, mit denen ein Sichrbarmachen dieser Wellen und ihr Verhalten zum besseren Verständnis demonstriert werden kann, da solche Geräte im allgemeinen sehr teuer sind, Es besteht daher seit langem das Bedürfnis nach entsprechend einfachen und daher auch billigen Einrichtungen, die selbst von kleinen Lehranstalten beschafft, ja unter Umständen sogar selbat hergestellt werden können und den Porderungen dennoch voll entsprechen.Today, vibration is indispensable in almost all areas of technology. It is therefore necessary to apply this matter to schools and other educational institutions accordingly to be treated intensively. Unfortunately, in most cases the necessary financial resources are lacking Means for the procurement of appropriate facilities with which a visualization these waves and their behavior can be demonstrated for a better understanding, since such devices are generally very expensive, it has therefore long been the case Need for correspondingly simple and therefore cheap facilities that procured even from small educational establishments, and possibly even manufactured in-house and still fully meet the requirements.

So ist es bereits bekannt, eine Drahtspirale zu drehen und ihren Schatten auf eine Sichtscheibe su projosieren.So it is already known to twist a wire spiral and its shadow project onto a viewing window.

Aus dem sich ergebenden Bild läßt sich die Größe einer Welle an einem konstanten Punkt und auch bereits ein Wandern derselben erkennen.From the resulting image, the size of a wave recognize at a constant point and already a wandering of the same.

Auch hat man bereits versucht, die Drehspirale in mühsamer Arbeit ao zu gestalten, daß sie über ihren Umfang gesehen die Porm eines Doppelkegels aufweist. Dreht man eine derartige Spirale, so kann nan einen Ein- und Ausschwenkvorgang einer Welle demonstrieren, die von ihrer Entstehung an bis zu einem Maximum ansteigt und dann wieder bis ZU ihrer Auflösung abklingt.Attempts have also been made to turn the spiral into arduous work ao to shape that it has the shape of a double cone seen over its circumference. If you turn such a spiral, you can swivel in and out a Demonstrate wave that rises from its formation to a maximum and then again until they dissolve.

Trotz der aufwendigen Herstellung derartiger Objektkörper läßt sich jedoch außer der wechselnden und fortschreitenden Amplitude mit solchen Vorrichtungen nicht das Zusammenwirken des Wellenausachlages mit der unterschiedlichen oder sogar sich ändernden Phasengeschwindigkeit und auch nicht die Gruppengeschwindigkeit, mit der die Welle bzw. die Wellen ihren Weg nehmen, demonstrieren. Auch ist immer nur eine maximale Amplitude sugrunde gelegt.Despite the complex production of such object bodies, but besides the changing and progressive amplitude with such devices not the interaction of the wave output with the different or even changing phase velocity and also not the group velocity, with which the wave or waves take their way, demonstrate. Also is always only put a maximum amplitude sugrunde.

Hier setzt nun bereits die Erfindung ein, deren Aufgabe es iat, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zum Nachstellen bsw. Simulierten von Wellenbewegungen dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit ihr unterschiedhohe und/oder sich nach Belieben verändernde Phasengeschwindigkeiten, unterschiedliche Amplituden und/oder veränderbare Gruppengeschwindigkeiten beliebig kombinierbar dargestellt werden können, Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Objektträger leicht auswechselbar in einen mit Antriebamitteln zum Drehen desselben um seine längsachse versehenen Objektträger angeordnet und als einfacher Rotationskörper ausgebildet iat, daß auf dem Objektkörper die bei drehung eine gewünschte Wellenbewegung darstellenden Konturen leicht ambringbar sind, und daß der Objektträger in parallel zur längsachse des Objektkörpers verlaufenden Führungen über in ihrer Geschwindigkeit regulierbare Antriebsmittel beliebig schnell verschiebbar gelagert ist.This is where the invention comes into play, the task of which is to provide a Device of the type described above for readjusting bsw. Simulated by To develop wave movements in such a way that with her different heights and / or Phase velocities changing at will, different amplitudes and / or variable group speeds can be combined as required According to the invention, the object is achieved in that the slide easily interchangeable into one with drive means for rotating the same around its Arranged longitudinally provided slide and as a simple body of revolution formed iat that on the object body a desired wave motion when rotating performing Contours are easy to apply, and that the slide in parallel to the longitudinal axis of the object body running guides via adjustable speed Drive means is mounted displaceably as quickly as desired.

Hierdurch wird die gestellt. Aufgabe voll gelöst. Dae leichte Auswechseln des Objecktkörpers ermöglicht er, jederzeit Wellen mit unterschiedlichen amplituden sowie unterschiedlichen Ein- und Ausschwingungen darzustellen.This will provide the. Task completely solved. Easy replacement of the object body, it enables waves with different amplitudes to be generated at any time as well as different in and out swings.

Da der Objektkörper als einfacher Rotationskörper mit einer geschlossenen Oberfläche ausgebildet ist und die darzustellenden Wellen leicht durch Anbringen von Konturen herstellbar sind, ist er billig in seiner Herstellung und vielseitig verwendbar0 Durch unterschiedliche Drehung des Objektkarpers kann die Phas engeachwindigkeit leicht verändert werden und durch die beliebige Verschiebungsiöglichkeit des Objektträgers und damit des Objektkörpers kann eine beliebige Gruppengeschwindigkeit simuliert werden. Es wird dabei vorausgesetzt, daß der Antrieb für das Drehen des Objecktkörpers Jedenfalls in seiner Drehzahl nahezu beliebig einstellbar ist, was heute keine besondere Kostenerhöhung mit sich bringt.Since the object body is a simple solid of revolution with a closed Surface is formed and the waves to be represented easily by attaching are manufacturable from contours, it is cheap to manufacture and versatile usable0 The phase speed can be adjusted by rotating the object body differently can be easily changed and the slide can be moved as required and thus the object body can simulate any group speed will. It is assumed that the drive for rotating the object body In any case, its speed can be adjusted almost arbitrarily, which is no special today Brings cost increase.

Als Antriebe zum Drehen des Objektkörpers und zum axialen Verschieben können alle diesbezüglich bekannten mechanischen, elektrischen, hydraulisohen oder pneumatischen Einrichtungen Verwendung finden. Um die Objektkörper zum Aufzeigen verschiedener Möglichkeiten immer wieder verwenden zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die bei Drehung eine Wellenbewegung darstellenden Konturen auf diesen jederzeit wieder abnehmbar aufzukleben oder aufzuzeichnen.As drives for rotating the object body and for axial displacement can all known in this regard mechanical, electrical, hydraulic or find pneumatic devices use. To show the object bodies To be able to use different possibilities over and over again is according to the invention proposed that the contours representing a wave motion upon rotation on these stick on or record removable at any time.

Je nach den vorzuführenden Wellen und -bewegungen kann der Objektkörper verschiedene einfach Formen aufweisen.Depending on the waves and movements to be demonstrated, the object body have different simple forms.

Ein zylindrischer Körper zum Beispiel ermöglicht mit der erfindungsgemäßen Einrichtung die Darstellung von Wellenzügen @it unterschiedlicher Phasen- und/oder Gruppengeschwindigkeit. Mit einem doppelhebelförmigen Objektkörper hingegen kann leicht ein Ein- und Ausschwenkvorgang einer Welle bis zu seiner maximalen Amplitude demonstriert werden. Damit soll hervorgehoben werden, daß je nach dem zu zeigenden Vorgang unterschiedliche Außenkonturen des Objecktkörpers Verwendung finden.A cylindrical body, for example, allows with the invention Set up the representation of wave trains @it of different phases and / or Group speed. With a double lever-shaped object body, on the other hand, you can easily swiveling a wave in and out up to its maximum amplitude be demonstrated. This is to emphasize that depending on the one to be shown Process find different outer contours of the object body use.

Um, wie an sich bekannt, die Darstellung von Wellenbewegungen optisch, beispielsweise durch eine Glühlampe, auf eine Sichttafel projizieren zu können, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, den Objektkörper selbst aus einem durchsichtigen Material, wie beispielsweise Kunststoff oder Glas herzustellen. Hierdurch ergibt sich die weitere Möglichkeit, den Objecktkörper aus mehreren ineinander angeordneten und mit verschiedenen Konturen versehenen Einzelteilen herzustellen, wodurch mehrere Wellenbewegungen gleichzeitig, ja sogar Wellenüberlagerungen aufgezeigt werden können.In order, as is known per se, the representation of wave movements optically, for example by using an incandescent lamp to project onto a display panel, is proposed according to a further feature of the invention, the object body itself made of a transparent material such as plastic or glass. This results in the further possibility of interlocking the object body from several to produce arranged individual parts with different contours, whereby several wave movements are shown at the same time, even wave superimpositions can be.

Schließlich wird erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, zwischen dem Objecktkörper und den ihn in Umdrehung versetzenden Antriebsmitteln ein Vorgelege anzuordnen, damit sich bei einer Unwucht des Objecktkörpers dessen Eigenschwingungen mit denen der Antriebsmittel nicht vektoriell addieren können.Finally, it is proposed according to the invention between the Object body and the drive means which set it in rotation a back gear to be arranged so that if there is an imbalance in the object body, its natural vibrations with which the drive means cannot add vectorially.

Einzelheiten der Erfindung können aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden.Details of the invention can be found in the subclaims and the following description of an embodiment shown in the drawings can be removed.

Es zeigt: Fig. 1 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung rein, schematisch, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 eiue andere Ausführungsform dea in die Einrichtung nach Fig. 1 einsetzbaren Objektkörpers.1 shows a front view of the device according to the invention purely, schematically, FIG. 2 is a plan view of the device according to FIG. 1, Fig. 3 shows another embodiment of the object body which can be inserted into the device according to FIG.

Gemäß den Pig. 1 und 2 weist die Einrichtung einen aus vier Teilen 1a, 1b, 1c, 1d, die vornehmlich als Flach-oder Winkelprofile ausgebildet sind, zusammengesetzten Rahmen 1 auf, der mit einem Schaltgehäuse 2 fest verbunden ist. In den einander gegenüberliegenden Teilen 1a und 10 ist auf einer Längsseite des Rahmens 1 eine Gewindespindel 3 drehbar gelagert, die Uber ein im Schaltgehäuse 2 angeordnetes Vorgelege 4 mit eiuem Elektromotor 5 in Verbindung steht und von diesem angetrieben wird.According to the Pig. 1 and 2, the device has one of four parts 1a, 1b, 1c, 1d, which are primarily designed as flat or angle profiles, assembled Frame 1, which is firmly connected to a switch housing 2. In each other opposite parts 1a and 10 is on a longitudinal side of the frame 1 a The threaded spindle 3 is rotatably mounted, which is arranged in the switch housing 2 via a Countershaft 4 is connected to eiuem electric motor 5 and driven by it will.

Auf der anderen Längsseite des Rahmens 1 und parallel zur Gewindespindel 3 ist eine Führungstange 6 fest mit den Teilen 1a und 1c verbunden. Auf der Führungstange 6 und der Gewindespindel 3 ist ein Objektträger 7 gelagert, der durch Drehen der Gewindespindel 3 verschoben werden kann. In den Objektträger 7 ist, wie sohon der Name sagt, ein hier zylindrisch ausgebildeter Objektkörper 8 drehbar und beispielsweise durch eine in axialer Richtung ausziehbare lagerstelle 9 leicht auswechselbar angeordnet. Durch einen aln Objektträger 7 befestigten weiteren Motor 10 wird der Objektkörper 7 über ein Vorgelege 11 angetrieben. Die Bedienung der Motoren 5 und 10 erfolgt zweckmäßigerweise über am Schaltgehäuse 2 vorgesehene Bedienungselemente 12.On the other long side of the frame 1 and parallel to the threaded spindle 3, a guide rod 6 is firmly connected to the parts 1a and 1c. On the guide bar 6 and the threaded spindle 3, a slide 7 is mounted, which by rotating the Threaded spindle 3 can be moved. In the slide 7 is, as sohon the Name says an object body 8, which is here cylindrically designed, rotatable and for example arranged to be easily replaceable by a bearing point 9 which can be pulled out in the axial direction. The object body is made by a further motor 10 attached to the object carrier 7 7 driven via a countershaft 11. Motors 5 and 10 are operated expediently via operating elements 12 provided on switch housing 2.

In den Rig. 1und a ist am Umfang des Objektkörpers 8 eine spiralförmige Kontur 13 aufgezeichnet oder aufgeklebt, die durch Drehen des Objektkörpers 8 eine Wellenform aufzeigt, welche sich je nach der eingestellten Geschwindigkeit schneller oder langsamer fortpflanzt und die Phasengeschwindigkeit darstellt. Am wirkungavollsten wird die Einrichtung, wenn man den Objektkörper 8, wie nach der Erfindung vorgeschlagen, aus einem durchsichtigen Material heratellt und die Kontur 13 durch eine nicht dargestellte Lichtquelle auf eine Sicht tafel projiziert.In the rig. 1 and a is a spiral shape on the periphery of the object body 8 Contour 13 recorded or glued on, which by rotating the object body 8 a Waveform shows which one is faster depending on the set speed or propagates more slowly and represents the phase velocity. Most effective the device, if the object body 8, as proposed according to the invention, Heratellt made of a transparent material and the contour 13 by a not shown Light source projected onto a viewing panel.

Hierdurch wird selbst bei stillstehender Einrichtung durch die Kontur 13 bereits die Wellenform mit ihrer maximalen und evtl. minimalen amplitude voll sichtbar. Dreht man den Objektkörper 8, so kann die Phasengeschwindigkeit dmonstriert werden. Verschiebt man ihn schließlich zusätzlich durch Einschalten des Motors 5 in axialer Richtung, so läßt sich deutlich die Gruppengeschwindigkeit des Wellenzuges feststellen.As a result, even when the device is at a standstill, the contour 13 the waveform is already full with its maximum and possibly minimum amplitude visible. If the object body 8 is rotated, the phase velocity can be demonstrated will. Finally, it is also shifted by switching on the motor 5 in the axial direction, the group speed of the wave train can be clearly seen determine.

Es sei noch erwähnt, daß der Rahmen 1 bewußt nach allen bei-ten hin offen gestaltet ist, um eine Projektion der Konturen 13 in jeder beliebigen Richtung vornehmen zu können. Die Vorgelege 4 und 11 sind, wie bereits erwähnte nicht nur zum Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit vorgesehen, sondern sie sollen gleichzeitig verhindern, daß sich Eigenschwingungen eines Teiles mit denen des anderen Teiles vektoriell addieren, wodurch leicht ein verzerrtes bzw. unscharfes Bild entstehen könnte.It should also be mentioned that frame 1 is deliberately directed towards both of them is designed to be open to a projection of the contours 13 in any direction to be able to make. As already mentioned, the countershafts 4 and 11 are not only intended to reach a certain speed, but they should be simultaneous prevent natural vibrations of one part from interfering with those of the other part add vectorially, which can easily result in a distorted or blurred image could.

Der Objektkörper 14 nach Fig. 3 ist aus einem durchsichtigen material hergestellt und weist die Form eines Doppelkegels auf. Die an ihm angebrachten Konturen 13 weisen ebeLlfalls eine Spiralenform auf> doch bereits durch einfaches Betrachten ist der gewunschte Wellenzug deutlich erkennbar. Wird der Objektkörper 14 an Stelle des Objektkörpers 8 eingesetzt und wie beschrieben angetrieben, so stellt die Kontur t3 eine ein- und ausschwingende und sich gleichzeitig fortpflanzende Welle dar.The object body 14 of FIG. 3 is made of a transparent material manufactured and has the shape of a double cone. The contours attached to it 13 also have a spiral shape> but by simply looking at them the desired wave train is clearly visible. Will the object body 14 in place of the object body 8 inserted and driven as described, so represents the contour t3 represents an inward and outward swinging and simultaneously propagating wave.

Abschließend wird ausdrücklich erwähnt, daß der Objektkörper jede beliebige Form aufweisen kann, er muß lediglich am Umfang eine glatte, leicht herstellbare Oberfläche aufweisen und ein Rotationskörper sein.Finally, it is expressly mentioned that the object body each can have any shape, it only has to be smooth, easy to manufacture on the circumference Have surface and be a solid of revolution.

Claims

1. Device for displaying wave movements, in particular for Teaching purposes, which consist of a wave motion by rotating around its longitudinal axis simulating object body, characterized in that the object body (8, 14) easily interchangeable in one with drive means (10) for rotating the same arranged around its longitudinal axis provided slide (7) and as a simple body of revolution is designed that on the object body (8, 14) when rotating a desired Contours (13) representing wave motion can be easily attached, and that the slide (7) in guides running parallel to the longitudinal axis of the object body (8, 14) (3, 6) at any speed via drive means (5) which can be regulated in terms of their speed is slidably mounted.

2. Device according to claim 1, characterized in that for rotating of the object body (8; 14) working mechanically, electrically, hydraulically or pneumatically Drive means (10) are provided, and that these drive means (10) accordingly the desired phase velocity of the wave movement to be represented in their Speed are adjustable.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that on the object body (8, 14) to be attached, when rotating the same one Contours (13) which can be stuck on and again, which represent wave motion removable Stripes exist.

4. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the contours to be attached to the slide (8, 14) can be recorded and again l are conceivable.

5. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the object body (8) is designed as a cylinder.

6. Device according to claims 1 and 2, characterized daduroh, that the object body (14) is designed as a crucible or, in particular, as a double cone is.

7. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the object body has the shape of an ellipsoid.

8. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the object body (14) made of a transparent material, such as Plexiglass is made.

9. Device according to claims 1, 2 and 8, characterized in that that the contours (13) which can be attached to the object body (14), as is known per se, can be projected onto a blackboard using optical devices.

10. Device according to claims 1, 2, 8 and 9, characterized in that that the object body consists of two or more, arranged one inside the other and with corresponding Contours to show island bodies provided with waves.

11. Device according to claim 1, characterized in that the drive means (5) for moving the slide (7) as mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic drive and that their speed is within limits can be regulated, the maximum desired axial speeds of the object body (8, 14) to show different group speeds of a Welienzuges correspond.

12. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that between the object body (8, 14) and the drive means (10) a back gear (11) is provided.

L e r s e i t e