PL201478B1

PL201478B1 - Przyrząd do pokazu zasady zachowania momentu pędu

Info

Publication number: PL201478B1
Application number: PL348839A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Bednarek
Original assignee: Univ & Lstrok Odzki
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2009-04-30
Also published as: PL348839A1

Abstract

Przyrząd do pokazu zasady zachowania momentu pędu składający się z przezroczystej prowadnicy, będącą otwartą na końcach rurą zwiniętą w kształcie linii śrubowej i przymocowaną do zamkniętego cylindra z umieszczoną wewnątrz kulką, która może się w niej swobodnie staczać, znamienny tym, że cylinder może się obracać się wokół pionowej osi w łożyskach złożonych z dysków ze stożkowymi zagłębieniami (3) i (4) osadzonych w powierzchniach zamykających cylinder i igieł (5), (6), których ostrza znajdują się w tych zagłębieniach, natomiast tępe końce igieł (5), (6), osadzone są w ramionach uchwytu (7), mającego kształt litery „C”. Kulka staczając się wzdłuż prowadnicy powoduje, zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu, obrót cylindra w przeciwną stronę.

Description

(21) Numer zgłoszenia: 348839 ^{(51) Int.Cl.}

G09B 23/10 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 19.07.2001 (54)

Przyrząd do pokazu zasady zachowania momentu pędu

	(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⁾ Przyrząd do pokazu zasady zachowania momentu pędu składający się z przezroczystej prowadnicy, będącą otwartą na końcach rurą zwiniętą w kształcie linii śrubowej i przymocowaną do zamkniętego cylindra z umieszczoną wewnątrz kulką, która może się w niej swobodnie staczać, znamienny tym, że cylinder może się obracać się wokół pionowej osi w łożyskach złożonych z dysków ze stożkowymi zagłębieniami (3) i (4) osadzonych w powierzchniach zamykających cylinder i igieł (5), (6), których ostrza znajdują się w tych zagłębieniach, natomiast tępe końce igieł (5), (6), osadzone są w ramionach uchwytu (7), mają cego kształ t litery „C”. Kulka staczając się wzdłuż prowadnicy powoduje, zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu, obrót cylindra w przeciwną stronę.

PL 201 478 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do przeprowadzania doświadczeń wykazujących spełnienie zasady zachowania momentu pędu, mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych, szczególnie studenckich i szkolnych.

Znany do tego celu przyrząd opisany jest w książce Tadeusza Dryńskiego pt. „Doświadczenia pokazowe z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1964 r. stanowi krzesło, które może obracać się wokół pionowej osi z minimalnym tarciem na łożysku tocznym. Na tym krześle siada eksperymentator trzymający w wyprostowanych poziomo rękach dwie hantle. Eksperymentator wraz z krzesłem zostaje wprawiony w ruch obrotowy, a następnie zbliża do siebie hantle. W wyniku tego eksperymentator obraca się z większą prędkością kątową, ponieważ moment pędu jest zachowany, a moment bezwładności uległ zmniejszeniu. Wyprostowanie rąk powoduje ponowne zmniejszenie prędkości kątowej do wartości początkowej.

Również znany przyrząd opisany jest w książce G.D. Freierea i F.J. Andersona pt. „A Demonstration Handbook for Physics wydanej przez American Association of Physics Teacher w College Park w 1996 r. i stanowi okrągły stolik, który może obracać się wokół pionowej osi z minimalnym tarciem na łożysku tocznym. Na tym stoliku staje eksperymentator trzymający hantle w wyprostowanych rękach. Sposób przeprowadzania pokazu i obserwowane efekty są takie same, jak w przypadku obrotowego krzesła.

W tej samej książce G. D. Freierea i F. J. Andersona opisany jest również inny przyrzą d do tego celu składający się z podstawy zaopatrzonej w pionową oś, na której może obracać się tuleja zaopatrzona w dwa ramiona zakończone masywnymi kulami. Ramiona połączone są z tuleją od góry przegubowo za pośrednictwem dwóch prętów, a od dołu również przegubowo przymocowane do pierścienia, który może być przesuwany wzdłuż tulei za pomocą dwóch skrzyżowanych dźwigni. Dzięki temu można zmieniać odległość kul od osi obrotu podczas ich ruchu. Kule odsuwa się od tulei na maksymalną odległość i wprawia w ruch obrotowy, a następnie ściska dźwignie, co powoduje zbliżenie kul i zmniejszenie momentu bezwł adnoś ci ukł adu. Ponieważ moment pę du jest zachowany, prę dkość kątowa kul wzrasta. Ponowne oddalenie kul za pomocą dźwigni powoduje zmniejszenie prędkości kątowej do wartości początkowej.

Znany przyrząd do tego celu opisany jest również w książce G. Gebury i R. Subiety pt. „Metodyka szkolnego eksperymentu fizycznego wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1978 r. Składa się on z kolistego toru od modelu kolejki umieszczonego na lekkiej tarczy, która może obracać się z minimalnym tarciem wokół pionowej osi przymocowanej do podstawy. Pod tarczą zamocowane są na tulejkach izolacyjnych pierścienie i kontakty ślizgowe połączone z szynami toru. Na torze umieszczony jest model kolejki z napędem elektrycznym, do którego doprowadza się prąd za pośrednictwem szyn i kontaktów ślizgowych. Powoduje to wprawienie kolejki w ruch i uzyskanie przez nią momentu pędu. Jednocześnie tarcza uzyskuje moment pędu o takiej samej wartości, ale przeciwnie zwrócony i obraca się w stronę przeciwną do kierunku ruchu kolejki, co wynika z zasady zachowania momentu pędu.

W opisie patentu udzielonego w USA nr 4 595 369 z 1986 roku opisano przyrzą d edukacyjny do pokazu sił grawitacji z użyciem przezroczystych rurek i spadających w nich swobodnie kul. Przyrząd ten charakteryzuje tym, że składa się z kuli i umieszczonego w niej cylindra, w którym zamocowana jest prowadnica, stanowiąca przezroczystą otwartą na końcach rurkę zwiniętą w kształcie linii śrubowej. W prowadnicy umieszczona jest kulka, która może się w niej swobodnie staczać. Podobna prowadnica z kulką, która może się swobodnie się w niej staczać jest zamontowana wewnątrz przezroczystej kuli. Spadające swobodnie kule w dwóch niezależnych prowadnicach obrazują zjawisko ruchu wywołane grawitacją w układzie dwóch niezależnych układów.

Istota rozwiązania polega na tym, że przyrząd do pokazu zasady zachowania momentu pędu ma prowadnicę stanowiącą przezroczystą otwartą na końcach rurę, wykonaną korzystnie z polietylenu lub igelitu, zwiniętą w kształcie linii śrubowej i przymocowaną do zamkniętego cylindra mogącego obracać się wokół pionowej osi w łożyskach złożonych z dysków ze stożkowymi zagłębieniami osadzonych w powierzchniach zamykających cylinder oraz igieł, których ostrza znajdują się, zagłębieniach, natomiast tępe końce igieł osadzone są w ramionach uchwytu mającego kształt litery „C. W ś rubowej prowadnicy umieszczona jest kulka, która moż e się w niej swobodnie staczać .

Kulka staczając się wzdłuż prowadnicy powoduje, zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu, obrót cylindra w przeciwną stronę.

PL 201 478 B1

Zalety rozwiązania według wynalazku polegają na tym, że przyrząd jest lekki ma niewielkie rozmiary i prostą konstrukcję, a pokazy przeprowadzane za pomocą tego przyrządu są łatwe i powtarzalne. Dodatkową zaletą przyrządu jest całkowite bezpieczeństwo przeprowadzania pokazów.

Przedmiot wynalazku pokazany jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przyrząd w widoku z góry, fig. 2 przedstawia przekrój osiowy przyrządu płaszczyzną A-A, natomiast fig. 3 przedstawia przyrząd w widoku z boku 3.

Przyrząd do pokazu zasady zachowania momentu pędu według wzoru użytkowego składa się z prowadnicy 1, stanowiącej przezroczystą otwartą na końcach rurę zwiniętą w kształcie linii śrubowej, wykonaną korzystnie z polietylenu lub igelitu i przymocowaną do zamkniętego cylindra 2 mogącego obracać się wokół pionowej osi w łożyskach złożonych z dysków ze stożkowymi zagłębieniami 3, 4 osadzonych w powierzchniach zamykających cylinder i z igieł 5, 6, których ostrza znajdują się w tych zagłębieniach, natomiast tępe końce igieł 5, 6, osadzone są w ramionach uchwytu 7, mającego kształt litery „C. W prowadnicy 1 umieszczana jest kulka 8, która może się w niej swobodnie staczać.

Pokaz zasady zachowania momentu pędu przy użyciu przyrządu według wzoru użytkowego przeprowadza się w ten sposób, że przyrząd ustawia się na jednym z ramion uchwytu 7, tak żeby cylinder 2 znajdował się w pozycji pionowej i był nieruchomy, a następnie do górnego końca prowadnicy 1 wkłada się kulkę 8. Pod działaniem siły ciężkości kulka 8 stacza się swobodnie i uzyskuje w ten sposób moment pędu względem osi cylindra 2. Ponieważ, całkowity moment pędu przyrządu musi być, zgodnie z zasadą zachowania momentu pędu, równy zero to prowadnica wraz cylindrem zaczyna obracać się w kierunku przeciwnym do ruchu kulki uzyskując w ten sposób moment pędu kompensujący moment pędu kulki.

Używając kulek 2 o różnych masach uzyskujących przez to podczas staczania się różne wartości momentu pędu, można obserwować obracanie się walca 2 wraz z prowadnicą 1 z różnymi prędkościami kątowymi.

Po odwróceniu przyrządu wokół osi poziomej, tak żeby dolny koniec prowadnicy 1 znalazł się u góry i włożeniu kulki 8 do jej górnego końca uzyskuje się zmianę zwrotu momentu pędu staczającej się kulki, co powoduje obracanie się prowadnicy 1 wraz z cylindrem 2 w stronę przeciwną niż poprzednio.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Przyrząd do pokazu zasady zachowania momentu pędu składający się z przezroczystej prowadnicy, będącą otwartą na końcach rurą zwiniętą w kształcie linii śrubowej i przymocowaną do zamkniętego cylindra z umieszczoną wewnątrz kulką, która może się w niej swobodnie staczać, znamienny tym, że cylinder może się obracać się wokół pionowej osi w łożyskach złożonych z dysków ze stożkowymi zagłębieniami (3) i (4) osadzonych w powierzchniach zamykających cylinder i igieł (5), (6), których ostrza znajdują się w tych zagłębieniach, natomiast tępe końce igieł (5), (6), osadzone są w ramionach uchwytu (7), mającego kształt litery „C.