JPH0727490Y2 - 力センサー付力学用教習具 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、漠然とした力の概念を視覚的に認識できるよ
うにした力センサー付力学用教習具に関する。

更に詳しくは、外部から作用する力を電気的信号に変換
し、この電気的信号を視覚的に外部に表示するようにし
た力センサー付力学用教習具に関する。

〔従来の技術〕

小学校の高学年に達すると、理科学習の一つとして、力
即ち力学の分野が登場する。力は視覚的に直接認識する
ことができないため、生徒にこれを認識させる手段とし
て、従来から種々の教習具が利用されている。その一例
として、作用・半作用の学習にあっては、２台の台車の
衝突等によって学習させるようにしている。

〔本考案が解決しようとする課題〕

係る従来の教習手段においては、衝突させた後の台車の
運動のみを生徒に視覚的に認識させた後、言葉だけの説
明で作用・半作用の学習がなされるため、生徒は漠然と
した認識しか得られず、力そのもの真の理解がなされ
ず、その後の複雑な力学的学習も困難になる等の問題点
があった。

本考案者は、力学的学習に於ける従来の教習具に鑑み、
本考案をなしたもので、力学的学習に於ける最も基本的
な力のメカニズム、力の作用・半作用及び加速度等の学
習を視覚的に認識させ、これらの学習が生徒に無理なく
理解できるようにした力センサー付力学用教習具を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案者は上記目的を達成するために、基板に外力（圧
力）によって感応する感圧部を一体に取り付けると共
に、感圧部からの電気的信号を制御する制御部及びこの
電気的信号を外部に表示する表示部を設け、上記感圧部
に作用する外力をこの感圧部で電気的信号に変換し、こ
の電気的信号を制御部で表示レベルに変換し、これを表
示部で外部に表示するようにした力センサー付力学用教
習具であって、力の作用或いは運動量の変化を外部に視
覚的表示手段によって表示するようにしたものである。

〔作用〕

上記の如く構成することにより、例えば力の作用・半作
用の学習を行う場合は、２つの教習具を用い、これを衝
突させることにより、その衝突によってそれぞれに設置
された感圧部がその衝撃力を感知し、この衝撃力を電気
信号に変換し、この電気的信号をそれぞれの制御部で表
示レベルに変換し、これを発光ダイオード等の表示部で
外部に表示するようにし、その衝撃力の大きさを表示部
の発光個数によって認識せしめるようにする。尚、上記
説明では、作用・半作用の学習に用いる場合の作用を一
例として説明したが、これは単なる一例であって、本装
置を用いれば運動エネルギー等の力学全般の学習が可能
である。

〔実施例〕

以下に本考案の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。

第１図は本考案の電気的回路図を示し、（１）は感圧部
を示す。この感圧部（１）には、感圧素子が用いられ、
その具体例として図示では、圧電ブザーを用いた。この
感圧部に外部から力が加わると、加えられた力の大きさ
に応じた電気的信号が外部に出力されるようになってい
る。この感圧部（１）からの出力信号は、制御部（２）
によって表示レベルに変換され、表示部（３）によって
外部に表示されるようになっている。

制御部（２）の具体例として、本装置ではコンパレータ
ー回路（2A）を採用した。このコンパレーター回路（2
A）は入力信号を対数化し且つデジタル信号化して出力
する機能があり、この出力信号によって後述する発光ダ
イオードを発光させるようになっている。

表示部（３）の具体例として発光ダイオード（3A）…を
採用した。発光ダイオード（3A）…は、回路に図示の如
く設けられ、これ（3A）は周知のように電気エネルギー
を光エネルギーに変換する機能を有し、上記コンパレー
ター回路（2A）からのデジタル化された出力信号が、こ
の発光ダイオード（3A）…に入力され、これ（3A）…が
光として外部に表示する。

尚、（４）は電源部を示し、この電源部（４）によっ
て、第１図の回路には常時一定の電流が流れている。

次にその使用方法を説明しつつ、本考案の構成を更に詳
述する。

第１図の回路には、電源部（４）によって常時一定の電
流が流れているが、感圧部（１）に力学的な力が加わる
と、感圧部（１）にはこの加圧力に応じて起電力が生
じ、この電圧変化はコンパレーター回路（2A）に電気的
変化として入力され、これ（2A）で対数的電気信号に変
換され、この電気的信号が発光ダイオードを発光させ
る。このように、感圧部（１）で受けた力の大きさは、
発光ダイオード（3A）…の発光個数によって外部に表示
されるため、学習者はこの発光ダイオード（3A）の発光
個数を視認することによって、加えられた力の大きさを
視覚的に認識することができる。

第２図は、本考案を力の作用・半作用の学習に供する場
合を示し、上記第１図の回路を台車（10）に載置した場
合の全体斜視図である。台車（10）は、車輪によって走
行自在に構成され、これ（10）の内部に上記回路が設置
されている。

（11）は、受圧棒を示し、これ（11）は上記感圧部
（１）に一体化され、この受圧棒（11）に作用する外力
が感圧部（１）に伝達されるようになっている。尚、こ
の受圧棒（11）を使用せず、感圧部（１）の受圧部を直
接台車（10）から露出させ、受圧部で直接外力を受ける
ようにしても良いこと勿論である。

以上の如く構成された台車（10）を相互に離間させて対
峙させ、両台車を衝突させる。かくすることにより、感
圧部（１）の受圧部の相互に衝撃力が作用し、この衝撃
力は感圧部（１）のそれぞれで電気信号（具体的には電
圧変化）に変換され、制御部（２）に入力し、この制御
部（２）でデジタル的な電気信号化され、この信号によ
って表示部（３）を構成する発光ダイオード（3A）…郡
を発光せしめる。係る発光において、感圧部（１）に作
用した力の大きさに応じて発光ダイオード（3A）の発光
個数も多くなり、これにより作用した力の大小が視認さ
れる。

第１図中、（５）はＲ・Ｃ並列回路を示し、この回路
（５）を、スイッチ（６）によって開閉自在とし、この
スイッチ（６）を開くことにより上記発光ダイオード
（3A）…郡は、一定時間点灯し続け、スイッチ（６）を
閉じることにより、これ（3A）…郡は、受圧部への力の
作用力のみ点灯することとなる。このようにＲ・Ｃ回路
を介在させることにより、これらの開閉動操作によっ
て、感圧部（１）に力が作用した場合、この力の大きさ
を発光ダイオード（3A）…郡の一定時間の点灯により確
実に視認することができる。

〔考案の効果〕

以上の説明で明らかな如く、本考案によれば、外部から
作用する力を電気信号に変換し、これを発光ダイオード
で表示するようにしたため、物体に作用する力を視覚的
に認識することができ、漠然とした力の概念を説明する
手段として最適であり、従って、学校での力の学習用と
して頗る有用である。

特に本考案によれば、コンパレーター回路を介在させ、
これにより入力された力をデジタル化し、且つ対数化し
て発光ダイオードに出力するようにしたため、発光ダイ
オードの点灯個数により、入力した力の大きさを知るこ
とができ、直接的に視認できない力の大きさを、発光ダ
イオードの発光個数で計数することができる等、初歩的
な力の概念を習得する上で非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示し、第第１図は電気的回路
図、第２図は台車に装着した状態の台車の斜視図であ
る。 尚、図面中（１）は感圧部、（２）は制御部、（３）は
表示部、（2A）は制御部を構成するコンパレーター回
路、（3A）…は発光ダイオード（５）はＲ・Ｃ並列回路
である。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】外力を感知する感圧部（１）と、該感圧部
   （１）からの出力信号を表示レベルに変換する制御部
   （２）と、該制御部（２）によって変換された表示レベ
   ルを外部に表示する表示部（３）とからなる計測用電気
   回路を、走行自在な台車（10）に装着し、該感圧部
   （１）を外部に露出させるように構成したことを特徴と
   する力センサー付力学用教習具。
2. 【請求項２】前記実用新案登録請求の範囲第１項におい
   て、制御部（２）をコンパレーター回路（2A）で構成
   し、該コンパレーター回路（2A）の入力部にＲ・Ｃ並列
   回路（５）を介在させ、該Ｒ・Ｃ並列回路（５）の開閉
   によって表示部（３）の表示時間を異ならせるように構
   成したことを特徴とする力センサー付力学用教習具。