PL201427B1 - Przyrząd do pokazu sił działających na ciało stałe w ruchu obrotowym - Google Patents

Abstract

1. Przyrząd do pokazu sił działających na ciało stałe w ruchu obrotowym, składający się z płaskiej prostokątnej podstawy zaopatrzonej w pionowy słupek, znamienny tym, że słupek zakończony jest poziomą belką (3), do której przymocowane są dwie równoległe prowadnice w kształcie prostokątnych ramek o zaokrąglonych narożnikach wykonane z materiału ferromagnetycznego, przy czym każda z prowadnic usytuowana jest w płaszczyźnie pionowej i składa się górnego poziomego boku (4), dwóch pionowych boków (5) i (6) oraz dolnego poziomego boku (7), na których usytuowana jest trwale namagnesowana w kierunku poprzecznym oś (8).

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201427 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 348840 ^{(51) Int.Cl.}

G09B 23/10 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 19.07.2001 (54) Przyrząd do pokazu sił działających na ciało stałe w ruchu obrotowym

	(73) Uprawniony z patentu: Uniwersytet Łódzki,Łódź,PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 27.01.2003 BUP 02/03	(72) Twórca(y) wynalazku: Stanisław Bednarek,Łódź,PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2009 WUP 04/09	(74) Pełnomocnik: Rózga Błażej, Uniwersytet Łódzki, Regionalny Ośrodek Informacji Patentowej

⁽⁵⁷⁾ 1. Przyrząd do pokazu sił działających na ciało stałe w ruchu obrotowym, składający się z pł askiej prostoką tnej podstawy zaopatrzonej w pionowy słupek, znamienny tym, że słupek zakończony jest poziomą belką (3), do której przymocowane są dwie równoległe prowadnice w kształcie prostokątnych ramek o zaokrąglonych narożnikach wykonane z materiału ferromagnetycznego, przy czym każda z prowadnic usytuowana jest w płaszczyźnie pionowej i składa się górnego poziomego boku (4), dwóch pionowych boków (5) i (6) oraz dolnego poziomego boku (7), na których usytuowana jest trwale namagnesowana w kierunku poprzecznym oś (8).

PL 201 427 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do przeprowadzania doświadczeń obrazujących siły działające na ciało stałe wprawione w ruch obrotowy mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych, szczególnie studenckich i szkolnych.

Znany do tego celu przyrząd opisany jest w instrukcji V 6-41 pt. „Wirownica z kompletem przyrządów” wydanej przez Zjednoczenie Przemysłu Pomocy Naukowych i Zaopatrzenia Szkół w 1968 r., który składa się z dwóch kolistych obręczy wykonanych ze sprężystej taśmy. Obręcze umieszczone są w pł aszczyznach wzajemnie prostopadł ych i przymocowane w jednym punkcie do prę ta przechodzą cego wzdłuż ich wspólnej średnicy i stanowiącego oś obrotu przyrządu. Po zamocowaniu końca pręta we wrzecionie wirownicy i wprawieniu w ruch obrotowy kształt tych obręczy zmienia się pod działaniem sił odśrodkowych z kolistego na eliptyczny.

Również w katalogu Nr 00003.22 pt. „Phywe, Equipment for the Teaching of Science and Technology Consultants and Manufactures Physics”, wydanym przez niemiecką firmę Phywe Systeme GmbH w Getyndze w 1997 r. opisany jest podobny przyrząd składający się z dwóch kolistych obręczy wykonanych ze sprężystej taśmy i umieszczonych w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych. Obie obręcze połączone są ze sobą w dwóch punktach leżących na ich wspólnej średnicy i zaopatrzone w miejscu połączenia w niewielkie pierścienie przeznaczone do nałożenia przyrządu na pręt wirówki stanowiący oś obrotu. W jednym z tych pierścieni znajduje się usytuowana radialnie śruba służąca do zamocowania przyrządu na pręcie. Działanie tego przyrządu jest podobne do przyrządu opisanego w instrukcji V 6-41.

Z książki Tadeusza Dryń skiego pt. „Doś wiadczenia pokazowe z fizyki”, wydanej przez Pań stwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1964 r. znany jest przyrząd składający się z jednego pierścienia wykonanego z płaskiej stalowej sprężyny, który w dolnej części przymocowany został na stałe do osi umieszczanej we wrzecionie wirownicy. W górnej części pierścień zaopatrzony jest w tulejkę , mogą c ą przesuwać się w wzdł uż tej osi. Po wprawieniu przyrzą du w ruch obrotowy pod wpływem sił odśrodkowych działających na pierścień ulega on spłaszczeniu i zmienia swój kształt z koł owego na eliptyczny.

Przyrząd z jedną obręczą przymocowaną od dołu za pomocą kołka do osi przechodzącej wzdłuż średnicy obręczy, a od góry mogącej przesuwać się po tej osi znany jest także z katalogu niemieckiej firmy Leybold Didactic GmbH pt. „Genaral Catalogue Physics” wydanego w Huerth w 1992 r.

Z tej samej książki Tadeusza Dryńskiego znany jest również przyrząd składający się ze szklanego kulistego naczynia z otworem w górnej części. Naczynie to zamocowane jest we wrzecionie wirówki. Wewnątrz naczynia umieszcza się kulkę lub piłeczkę pingpongową, która zajmuje położenie w jego najniższej części. Po wprawieniu naczynia w ruch obrotowy kulka oddala się od poprzedniego położenia i podnosi się coraz wyżej na ściance naczynia, aż do zajęcia położenia w płaszczyźnie równikowej przy odpowiednio dużej prędkości.

Wymienione w stanie techniki rozwiązania umożliwiają pokazanie działania tylko siły odśrodkowej na wprawione w ruch obrotowy ciało stałe, natomiast nie pozwalają pokazać sił bezwładności, które mają kierunek styczny i działają podczas poruszania się ciała stałego ruchem obrotowym przyspieszonym lub opóźnionym. Przytoczone rozwiązania wymagają zastosowania wirówki, która jest urządzeniem ciężkim i niebezpiecznym, zaś przyrządy z obręczami wykonanymi z metalowych taśm stwarzają niebezpieczeństwo skaleczenia eksperymentatora podczas wirowania.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do pokazu sił działających na ciało stałe w ruchu obrotowym składający się z płaskiej prostokątnej podstawy zaopatrzonej w pionowy słupek zakończony poziomą belką, do której przymocowane są dwie równoległe prowadnice w kształcie prostoką tnych ramek o zaokrą glonych narożnikach, wykonane z materiału ferromagnetycznego. Każda z prowadnic usytuowana jest w płaszczyźnie pionowej i składa się górnego poziomego boku, dwóch pionowych boków oraz dolnego poziomego boku, na których usytuowana jest trwale namagnesowana w kierunku poprzecznym oś.

Oś przechodzi wzdłuż średnicy cienkościennej sfery, wykonanej z tworzywa sztucznego o wysokiej elastyczności, korzystnie z silikonu i jest połączona z jednej strony ze sferą, na której od zewnątrz wykreślone są radialne linie. Końce tej osi mogą toczyć się po dwóch ferromagnetycznych prowadnicach w kształcie prostokątnych ramek zamocowanych na statywie.

Zaleta rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd pozwala pokazać równocześnie działanie siły odśrodkowej na wprawione w ruch obrotowy ciało stałe oraz sił bezwładności wyPL 201 427 B1 stępujących podczas jego ruchu obrotowego przyspieszonego lub opóźnionego. Dodatkową zaletą jest prosta budowa przyrządu i bezpieczne warunki przeprowadzania doświadczenia.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyrząd w widoku z przodu, fig. 2 przedstawia przekrój przyrządu w płaszczyźnie A-A, fig. 3 przedstawia przekrój osiowy elastycznej sfery wprawionej w dowolny ruch obrotowy, natomiast fig. 4-6 przedstawiają kształt promieniowych linii na elastycznej sferze podczas jej w ruchu obrotowego, odpowiednio: przyspieszonego (fig. 4), jednostajnego (fig. 5) i opóźnionego (fig. 6).

Przyrząd do pokazu sił działających na ciało stałe w ruchu obrotowym według wynalazku składa się z płaskiej prostokątnej podstawy 1 zaopatrzonej w pionowy słupek 2, zakończony poziomą belką 3, do której przymocowane są dwie równoległe prowadnice w kształcie prostokątnych ramek o zaokrąglonych narożnikach wykonane z materiału ferromagnetycznego. Każda z prowadnic usytuowana jest w płaszczyźnie pionowej i składa się górnego poziomego boku 4, dwóch pionowych boków 5 i 6 oraz dolnego poziomego boku 7. Po prowadnicach może toczyć się trwale namagnesowana w kierunku poprzecznym oś 8, przechodząca wzdłuż średnicy cienkościennej sfery 9, wykonanej z tworzywa sztucznego o wysokiej elastyczności, korzystnie z silikonu, przy czym oś z jednej strony połączona jest ze sferą a na zewnątrz sfery wykreślone są radialne linie 10.

Pokaz sił działających na ciało stałe w ruchu obrotowym przy użyciu przyrządu według wynalazku przeprowadza się przykładając namagnesowaną oś 8 do górnej części pionowych boków prowadnic 5 po ich wewnętrznej stronie. Pod działaniem momentu sił ciężkości sfera wraz z osią zostaje wprawiona ruch obrotowy jednostajnie przyspieszony, natomiast dzięki przyciąganiu magnetycznemu oś nie odpada od prowadnic, lecz toczy się po nich.

W wyniku działania na elastyczną sferę 9 sił ośrodkowych, następuje jej rozciągnięcie w kierunku radialnym, sfera zaś przyjmuje kształt elipsoidy, fig. 3. Jednocześnie siły bezwładności działające na elastyczna sferę 9 w ruchu obrotowym przyspieszonym powodują jej skręcenie i dotychczas proste radialne linie 10 ulegają zakrzywieniu przeciwnie do kierunku ruchu, fig. 4. Po wtoczeniu się osi na poziome boki prowadnic 7 jej ruch staje się jednostajny, znikają siły bezwładności skręcające linie 10 elastycznej sfery 9, które ulegają wyprostowaniu, fig. 5.

Kiedy następnie oś wraz elastyczną sferą 9 wtacza się na pionowe boki prowadnic 6, jej ruch obrotowy staje się jednostajnie opóźniony i na sferę działają siły bezwładności powodujące jej skręcenie, a linie 10 ulegają zakrzywieniu zgodnie z kierunkiem ruchu, fig. 6. Przez cały czas pozostawania elastycznej sfery 9 w ruchu obrotowym jest ona rozciągana w kierunku radialnym przez siły odśrodkowe i przyjmuje kształt elipsoidy, której spłaszczenie zależy od aktualnej szybkości obrotu.

Pokazy sił działających na ciało w ruchu obrotowym można również przeprowadzić przykładając początkowo namagnesowaną oś 8 górnej części boków prowadnic 5 po zewnętrznej stronie albo do górnej części boków prowadnic 6 po ich wewnętrznej, albo zewnętrznej stronie uzyskując podobne do poprzednio opisanych rozciągnięcie elastycznej sfery 9 i zakrzywienie linii 10.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przyrząd do pokazu sił działających na ciało stałe w ruchu obrotowym, składający się z płaskiej prostokątnej podstawy zaopatrzonej w pionowy słupek, znamienny tym, że słupek zakończony jest poziomą belką (3), do której przymocowane są dwie równoległe prowadnice w kształcie prostokątnych ramek o zaokrąglonych narożnikach wykonane z materiału ferromagnetycznego, przy czym każda z prowadnic usytuowana jest w płaszczyźnie pionowej i składa się górnego poziomego boku (4), dwóch pionowych boków (5) i (6) oraz dolnego poziomego boku (7), na których usytuowana jest trwale namagnesowana w kierunku poprzecznym oś (8).
2. 2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że oś (8) przechodząca wzdłuż średnicy cienkościennej sfery (9), wykonanej z tworzywa sztucznego o wysokiej elastyczności, korzystnie z silikonu, połączona jest z jednej strony ze sferą, na której od zewnątrz wykreślone są radialne linie (10).