DE2615426A1

DE2615426A1 - DEVICE FOR DEMONSTRATION OF VIBRATION EQUIPMENT

Info

Publication number: DE2615426A1
Application number: DE19762615426
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl Phys Ludwig
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1976-04-09
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1977-10-20
Also published as: FR2347735A1; FR2347735B3; GB1541764A

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GMBH & CO KG Köln-BayentalLEYBOLD-HERAEUS GMBH & CO KG Cologne-Bayental

Vorrichtung zur Demonstration von SchwingungserscheinungenDevice for demonstrating vibration phenomena

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Demonstration von Schwingungserscheinungen mit einer linearen Kette, die von mehreren, durch elastische Glieder miteinander verbundenen Massenpunkten gebildet wird.The invention relates to a device for demonstration of oscillation phenomena with a linear chain, that of several, connected by elastic links Mass points is formed.

Lineare Ketten bilden ein zu Longitudinalschwingungen fähiges System. Im naturwissenschaftlichen Unterricht konnte bisher mit einem solchen System der qualitative Nachweis verschiedener Schwingungsmoden erbracht werden.Linear chains form a system capable of longitudinal vibrations. So far, in science lessons With such a system the qualitative proof of different vibration modes can be provided.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Demonstration von Schwingungserscheinungen mit einer linearen Kette, die von mehreren, durch elastische Glieder miteinander verbundenen Massepunkten gebildet wird, zu schaffen, mit welcher es außerdem möglich ist, Schwingungsvorgänge in Festkörpern, z.B. Halbleitern, zu demonstrieren. The present invention is based on the object of providing a device for demonstrating vibration phenomena a linear chain, which is formed by several mass points connected by elastic links, with which it is also possible to demonstrate vibration processes in solids, e.g. semiconductors.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder der Massepunkte der linearen Kette mit mindestens einem weiteren,elastische Rückstellkräfte auf den Massepunkt ausübenden Element verbunden ist. Die Erfindung besteht also im wesentlichen darin, daß eine lineare Kette durch Hinzufügung neuer Quellen von Rückstellkräften erweitert wird. JederAccording to the invention this object is achieved in that each of the mass points of the linear chain with at least one further, elastic restoring forces exerting on the mass point Element is connected. The invention essentially consists in creating a linear chain by adding new sources of restoring forces is expanded. Everyone

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einzelne Massepunkt stellt also für sich allein ein Federpendel dar, auch wenn man die elastische Kopplung zwischen denMassepunkten der linearen Kette entfernen würde. Das erfindungsgemäße System bezieht also seine Schwxngungsfähigkeit einmal aus der Eigenschaft eines jeden Massepunktes als Federpendel und zum anderen aus denKoppelkräften der Massepunkte untereinander. Mit diesem neuen System ist die Durchführung von Analogieversuchen zum Phänomen der Bandstruktur in Festkörpern möglich. Regt man dieses System zu Schwingungen an und mißt die Frequenzen der verschiedenen Resonanzstellen und die zugehörigen Wellenlängen, so erhält man einenZusammenhang zwischen Fequenz und Wellenlänge, wie man ihn idealisiert bei einem Halbleiter für Ladungsträger (Bandstruktur) erwartet. single mass point represents a spring pendulum by itself, even if one considers the elastic coupling between the mass points the linear chain would remove. The inventive The system thus derives its ability to oscillate from the property of each point of mass as a spring pendulum and on the other hand from the coupling forces between the mass points. With this new system is the implementation of Attempts at analogy to the phenomenon of the band structure in solids are possible. If you stimulate this system to vibrate and measure the frequencies of the various resonance points and the associated Wavelengths, one obtains a relationship between frequency and wavelength as one idealizes it expected in a semiconductor for charge carriers (band structure).

Vorzugsweise sind jedem Massepunkt der linearen Kette zwei einander gegenüberliegend angeordnete elastische Elemente zugeordnet. Dadurch ist die Einwirkung der zusätzlichen Rückstellkräfte auf die Massepunkte besonders gleichmäßig.Preferably, each mass point of the linear chain are two elastic elements arranged opposite one another assigned. As a result, the action of the additional restoring forces on the mass points is particularly uniform.

Eine vorteilhafte praktische Ausführungsform des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Massepunkte von auf einer Rollen- oder Luftkissenfahrbahn angeordneten Gleitern gebildet werden. Zur Befestigung der zusätzlich auf die Gleiter einwirkenden elastischen Elemente sind zweckmäßig an dem Gestell der Rollen- oder Luftkissenfahrbahn bzw. an der Fahrbahn selbst Bügel, Stege, Halterungen oder dgl. angeordnet. Eine solche Vorrichtung kann auch getrennt von der Fahrbahn auf eine eigene Unterlage gestellt und an der Fahrbahn eingesetzt werden. Mit Rollen- oder Luftkissenfahrbahnen lassen sich in besonders anschaulicher Weise lineare Ketten aufbauen und demonstrieren, da die die Massepunkte bildenden Gleiter zwangsgeführt sind. Die mit dem Erfindungsgegen-An advantageous practical embodiment of the object the present invention is characterized in that the mass points of on a roller or air cushion track arranged sliders are formed. For fastening the elastic elements that also act on the slider are useful on the frame of the roller or air-cushion track or on the roadway itself brackets, webs, brackets or the like. Arranged. Such a device can also be separated be placed from the roadway on its own pad and used on the roadway. With roller or air cushion tracks linear chains can be set up and demonstrated in a particularly clear way, since those that form the mass points Sliders are positively driven. The with the object of the invention

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möglichen Analogieversuche zu Schwingungen in Festkörpern lassen sich damit äußerst exakt durchführen.Possible attempts at analogy to vibrations in solids can thus be carried out extremely precisely.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden.Further advantages and details of the invention are intended to be based on the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 4 explained.

Die Figuren zeigen jeweils eine mit einem Gestell 1 versehene Luftkissenfahrbahn 2, auf der mehrere, jeweils Massepunkte bildende Gleiter 3 angeordnet sind. Diese Gleiter 3 sind untereinander mit Schraubenfedern 4 gekoppelt, so daß sie eine lineare Kette 5 bilden. Das eine Ende der Kette ist elastisch an einem fest auf die Fahrbahn 2 aufgesetzten Bock 6 befestigt Das andere Ende ist elastisch über eine Umlenkrolle 7 mit einer Vorrichtung zur Anregung erzwungener Schwingungen verbunden. Diese besteht aus einer in Drehung versetzbare.u Scheibe 8, an der das Ende der linearen Kette 5 exzentrisch befestigt ist. Diese Scheibe kann auch horizontal in Höhe der Gleiter hinter dem Fahrbahnende angebracht und direkt mit der linearen Kette verbunden werden, so daß die Umlenkrolle fortfiele. The figures each show an air-cushion track 2 provided with a frame 1, on which several ground points each forming sliders 3 are arranged. These sliders 3 are coupled to each other with coil springs 4 so that they have a form linear chain 5. One end of the chain is elastically attached to a bracket 6 that is firmly attached to the roadway 2 The other end is elastically connected via a pulley 7 to a device for exciting forced vibrations. This consists of a rotatable disc 8 on which the end of the linear chain 5 is eccentric is attached. This disc can also be mounted horizontally at the level of the slider behind the end of the roadway and directly with the linear chain so that the pulley would fall away.

Beim Ausführungsbeispxel nach Figur 1 ist an der Luftkissenfahrbahn 2 ein Bügel 9 derart befestigt, daß er genau oberhalb der Luftkissenfahrbahn verläuft. An diesem Bügel sind mit ihrem einen Ende zusätzliche Schraubenfedem10 gehaltert, die mit ihrem anderen Ende an den Gleitern 3 befestigt sind. Diese Schraubenfedern 10 bilden bei diesem Ausführungsbeispiel die zusätzlichen Quellen von RückstellkräftenIn the exemplary embodiment according to FIG. 1, it is on the air cushion track 2 a bracket 9 is attached in such a way that it runs exactly above the air-cushion track. There are on this bracket at one end additional coil springs10 are supported, which are attached at their other end to the sliders 3. These coil springs 10 form in this embodiment the additional sources of restoring forces

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Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist der Abstand zwischen der Luftkissenfahrbahn 2 und dem Gestell 1 größer als beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 gewählt. Die die zusätzlichen Quellen von Rückstellkräften bildenden Federn 10 sind mit dem Fahrbahngestell 1 verbunden und wirken über gelenkig mit den Gleitern verbundenen Passstücke 11 auf die Gleiter ein.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the distance between the air cushion track 2 and the frame 1 is greater than selected in the embodiment of FIG. Those forming the additional sources of restoring forces Springs 10 are connected to the track frame 1 and act via fitting pieces articulated to the sliders 11 on the glider.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel in Draufsicht und Querschnitt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind an beiden Seiten der Luftkissenfahrbahn 2 Streben 12 befestigt, die an ihren äußeren Enden jeweils einen Stift 13 tragen. Die Streben und Stifte sind derart angeordnet, daß sie einander paarweise gegenüberliegen. Die Stifte dienen als Haltepunkt für Federn 14, die jeweils mit ihren anderen Enden an den Gleitern 3 befestigt sind, so daß an jeden Gleiter 3 zwei einander gegenüberliegend angeordnete Federn 14 eingreifen.Figures 3 and 4 show a further embodiment in plan view and cross section. In this embodiment are on both sides of the air-cushion track 2 Struts 12 attached at their outer ends, respectively carry a pen 13. The struts and pins are arranged to face each other in pairs. The pins serve as a holding point for springs 14, each of which is attached with its other ends to the sliders 3, so that two springs 14 arranged opposite one another engage on each slider 3.

Bei den Figuren 3 und 4 sind weiterhin noch die Düsen 15 sichtbar, aus denen während des Betriebes der Luftkissenfahrbahn ständig Luft ausströmt und damit das notwendige Luftkissen für die Gleiter 3 gebildet wird.In FIGS. 3 and 4, the nozzles 15 are still there visible, from which air constantly flows out during the operation of the air-cushion track and thus the necessary Air cushion for the slider 3 is formed.

In den Figuren sind beispielsweise nur Luftkissenfahrbahnen dargestellt. Auch Rollenfahrbahnen können ohne weiteres in entsprechende Anordnung verwendet werden.Schließlich sind die Versuche auch durchführbar mit longitudinal schwingenden, eine lineare Kette bildenden Pendeln. Die weiteren Rückstellkräfte werden dabei entweder von der Schwerkraft selbstIn the figures, for example, only air cushion tracks are shown. Roller tracks can also easily be used in The experiments can also be carried out with longitudinally oscillating, pendulums forming a linear chain. The rest of the restoring forces are either created by gravity itself

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erzeugt oder können auch durch seitliche Federn 14- wie beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 - bewirkt werden. Selbstverständlich können statt der Schraubenfedern auch Blatt- oder Stabfedern verwendet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß die die weiteren Rückstellkräfte bewirkenden elastischen Elemente von einer Membran gebildet werden. Eine solche Membran kann relativ großflächig ausgebildet sein, indem sie z.B. den Gleiter oder das Pendel ganz umschließt, so daß damit Einfluß auf die Dämpfung der Schwingung genommen werden kann.generated or can also by lateral springs 14- like in the embodiment according to Figures 3 and 4 - are effected. Of course, instead of the coil springs leaf or bar springs can also be used. There is also the possibility that the other Resilient elements causing restoring forces are formed by a membrane. Such a membrane can be made relatively large, e.g. by completely enclosing the glider or the pendulum, so that with it Influence on the damping of the vibration can be taken.

Bei der Durchführung von Versuchen wird die Scheibe 8 vorzugsweise durch einen in seiner Drehzahl regelbaren, nicht dargestelltenMotor in Drehung versetzt. Die Motordrehzahl wird von 0 beginnend langsam gesteigert und danach wieder bis auf 0 zurückgeregelt. Vom Experimentierenden werden dabei die Frequenzen der Resonanzschwingungen gemessen. Dieser Versuch läßt sich mit verschiedenen Spannungen der Kopplungsfedern durchführen. Beim Durchstimmen beobachtet man verschiedene Resonanzfrequenzen der linearen Kette, die in Analogie zu Schwingungen in Festkörpern gesetzt werden kann.When carrying out experiments, the disc 8 is preferred set in rotation by a motor, not shown, which can be regulated in its speed. The engine speed is slowly increased starting from 0 and then regulated back to 0 again. Become of the experimenting person the frequencies of the resonance vibrations were measured. This experiment can be carried out with different voltages of the Perform coupling springs. When tuning one observes different resonance frequencies of the linear chain, which can be set in analogy to vibrations in solids.

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Claims

EXPECTATIONS

1. Device for demonstrating vibration phenomena with a linear chain made up of several mass points connected by elastic links is formed, characterized in that each of the mass points (3) with at least one further, elastic Restoring forces on the mass point exerting element (10,14) is connected.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that each ground point (3) has two oppositely arranged elastic elements (14) are assigned.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the mass points of on a roller or air-cushion track (2) arranged sliders (3) are formed.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the frame (1) of the roller or air-cushion track or on the roadway itself brackets, webs, brackets or the like (9, 12) for fastening the on the slider (3) additional elastic elements (1O, 14) are arranged.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that on the roadway (2) one above the roadway Bracket (9) is arranged on which the elastic elements (10) are attached.

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ORiOSM4 ».

-h.-H.

6. Apparatus according to claim 2 and 4, characterized in that that on the air cushion track (2) lateral webs (12) for fastening the pairs to each other oppositely arranged elements (14) are attached.

7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized characterized in that the elastic elements are hinged to the sliders (3) connected fitting pieces (11) act on the gliders.

8. Device according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the elastic links located between the mass points (3) of the linear chain formed by coil springs (4).

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the further restoring forces causing elastic elements (10,14) are formed by leaf, rod or coil springs.

10.Vorrichtung according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the further restoring forces causing elastic elements (10,14) of one Membrane are formed.

11.Vorrichtung according to any one of the preceding claims, characterized in that one end of the linear chain with a device for stimulating forced Vibrations is connected.

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