PL248773B1 - Przyrząd do badania odskoku mechanicznego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest przyrząd do badania odskoku mechanicznego. Przyrząd zawiera prostokątną podstawę (1), umieszczoną poziomo, do której są przymocowane wsporniki (3) o takiej samej wysokości, skierowane prostopadle do prostokątnej podstawy (1) i umieszczone symetrycznie na przeciwległych bokach prostokątnej podstawy (1), a do wsporników (3) jest przymocowana prostopadle belka dolna (4), znajdująca się w połowie wysokości wsporników (3) i belka górna (5), znajdująca się na górnych końcach wsporników (3). Połączenia wsporników (3) z prostokątną podstawą (1) oraz belki dolnej (4) i belki górnej (5) ze wspornikami (3) są wykonane przy użyciu wkrętów. W obszarze pomiędzy belką górną (5) i belką dolną (4) jest zawieszony szereg górny złożony z parzystej liczby, większej niż sześć, sprężystych kul górnych (6, 7, 8, 9, 10, 11) i środki wszystkich sprężystych kul górnych (6, 7, 8, 9, 10, 11) znajdują się na tej samej linii poziomej, równoległej do belki górnej (5). Każda ze sprężystych kul górnych (6, 7, 8, 9, 10, 11) jest zwieszona na jednym sztywnym pręcie (17). Oprócz tego w obszarze pomiędzy belką dolną (4) i prostokątną podstawą (1) jest zwieszony szereg dolny, złożony z dwóch sprężystych kul dolnych (24, 25), przy czym pierwsza sprężysta kula dolna (24) jest taka sama, jak pierwsza sprężysta kula górna (6), natomiast druga sprężysta kula dolna (25) jest taka sama jak ostatnia sprężysta kula górna (11).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania odskoku mechanicznego, polegającego na znacznym zwiększeniu prędkości początkowo nieruchomego ciała po zderzeniu sprężystym i mający zastosowanie do celów naukowych, zwłaszcza w laboratoriach fizycznych do badania zderzeń sprężystych i do celów edukacyjnych.

Z książki autorstwa Tadeusza Dryńskiego, zatytułowanej „Doświadczenia pokazowe z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1966 r. jest znany przyrząd do badania zderzeń sprężystych, składający się ze sztywnego pręta zamocowanego poziomo. Na tym pręcie są zawieszone dwie sprężyste kule o różnych masach i różnych promieniach, stykające się ze sobą w punkcie znajdującym się na prostej poziomej, przechodzącej przez środki tych kul. Kule są zawieszone za pomocą cienkich i nierozciągliwych nici skierowanych pionowo, przy czym górne końce tych nici są przywiązane do pręta, zaś dolne końce nici wchodzą w pionowe, nieprzelotowe nawiercenia, wykonane w kulach od góry i są dociśnięte do powierzchni tych nawierceń za pomocą plastikowych kołków, wciśniętych w te nawiercenia. Zasada działania przyrządu podczas badania odrzutu mechanicznego polega na tym, że kule zwisają początkowo nieruchomo i nici są skierowane pionowo. Następnie kulę o większej masie odchyla się o pewien kąt od pionu w płaszczyźnie przechodzącej przez środki kul i puszcza swobodnie. W wyniku tego odchylona kula zderza się z drugą, nieruchomą kulą o mniejszej masie i powoduje jej odchylenie od pionu, przy czym druga kula odchyla się o większy kąt od pionu, niż kąt, o który została odchylona kula o większej masie. Kąt odchylenia mniejszej kuli po zderzeniu nie może jednak przekroczyć pewnej wartości granicznej, nawet przy bardzo dużej masie większej kuli. To ograniczenie wynika z zasad zachowania energii i pędu, zgodnie z którymi prędkość nadana po zderzeniu kuli o mniejszej masie nie może być dwukrotnie większa od prędkości uderzającej w nią kuli o większej masie.

Również z podręcznika Szczepana Szczeniowskiego, zatytułowanego „Fizyka doświadczalna, Część I, Mechanika, i akustyka”, wydanego przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1972 r. jest znany analogicznie zbudowany i tak samo działający przyrząd, jak przyrząd opisany w książce Tadeusza Dryńskiego.

Ponadto z książki autorstwa Stanisława Bednarka, zatytułowanej „Wstęp do fizyki zabawek, przewodnik encyklopedyczny”, wydanej przez Ewę i Krzysztofa Banasiaków w Łodzi w 2007 r. jest znany przyrząd do badania zderzeń sprężystych nazywany wahadłem lub kołyską Newtona. Ten przyrząd składa się z podwójnej, prostokątnej ramki wygiętej z drutu i zaopatrzonej w poziome odcinki poprzeczne, łączące obie ramki w górnej części przyrządu. Na podłużnych, górnych bokach tej ramki jest zawieszonych pięć sprężystych kulek stalowych o równych masach i równych promieniach. Kulki stykają się ze sobą wzdłuż jednej prostej poziomej, przechodzącej przez środki kulek. Każda z kulek jest zawieszona na dwóch niciach, tworzących kształt litery V, przy czym górne końce tych nici są przywiązane do podłużnych, górnych boków prostokątnej ramki, natomiast dolne, zbiegające się ze sobą końce nici są osadzone na wcisk za pomocą plastikowych kołków w nieprzelotowych nawierceniach wykonanych w górnej części każdej z kulek. Zasada działania przyrządu polega na tym, że przy początkowo nieruchomych wszystkich kulkach odchyla się od pionu jedną ze skrajnych kulek i puszcza ją swobodnie. W wyniku tego odchylona kulka zderza się sprężyście z pozostałymi, nieruchomymi kulkami i z szeregu tych kulek odskakuje tylko jedna kulka, znajdująca się na drugim końcu szeregu. Kąt odchylenia odskakującej kulki jest taki sam, jak kąt odchylenia kulki odchylonej na początku i uderzającej w szereg. Można też odchylić początkowo dwie, trzy lub cztery kulki i puścić je swobodnie. W wyniku tego po zderzeniu zostanie odchylona taka sama ilość kulek i o taki sam kąt.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do badania odskoku mechanicznego zawiera prostokątną podstawę, umieszczoną poziomo, do której są przymocowane dwa wsporniki o takiej samej wysokości skierowane prostopadle do prostokątnej podstawy i umieszczone symetrycznie na przeciwległych bokach prostokątnej podstawy. Do wsporników jest przymocowana prostopadle belka dolna, znajdująca się w połowie wysokości wsporników i belka górna, znajdująca się na górnych końcach wsporników. Wsporniki, belka dolna i belka górna mają przekrój poprzeczny prostokątny i prostokątna podstawa, wsporniki, belka dolna i belka górna są wykonane z materiału sztywnego o małej gęstości, korzystnie z drewna, natomiast połączenia wsporników z prostokątną podstawą oraz belki dolnej i belki górnej ze wspornikami są wykonane przy użyciu wkrętów. W obszarze pomiędzy belką górną i belką dolną jest zawieszony szereg górny złożony z parzystej liczby, sześć i większej, sprężystych kul górnych, wykonanych ze stali, korzystnie ze stali sprężynowej, przy czym stosunek masy kuli poprzedzającej do masy kuli następnej wynosi co najmniej 2,5 i środki wszystkich sprężystych kul górnych znajdują się na tej samej linii poziomej, równoległej do belki górnej. Między najbardziej zbliżonymi do siebie powierzchniami sąsiednich, sprężystych kul górnych jest szczelina powietrzna, taka że sprężyste kule górne nie dotykają do siebie. Każda ze sprężystych kul górnych jest zawieszona na jednym sztywnym pręcie, wykonanym z metalu o małej gęstości, korzystnie z duraluminium, którego dolny koniec jest osadzony na wcisk w nieprzelotowym otworze, wykonanym w najwyżej położonym punkcie sprężystej kuli górnej. Każdy sztywny pręt jest skierowany pionowo w kierunku belki górnej, zaś górny odcinek każdego ze sztywnych prętów jest zagięty prostopadle w kierunku belki górnej i przechodzi przez przelotowy otwór w belce górnej, tak że może swobodnie obracać się w tym otworze, natomiast na wystające z belki górnej zagięte odcinki sztywnych prętów są wciśnięte tulejki zabezpieczające, wykonane, ze sprężystego tworzywa sztucznego, korzystnie z silikonu. Oprócz tego w obszarze pomiędzy belką dolną i prostokątną podstawą jest zawieszony szereg dolny, złożony z dwóch sprężystych kul dolnych, przy czym pierwsza sprężysta kula dolna jest taka sama, jak pierwsza sprężysta kula górna, natomiast druga sprężysta kula dolna jest taka sama jak ostatnia sprężysta kula górna. Zawieszenie sprężystych kul dolnych jest wykonane w taki sam sposób, jak zawieszenie sprężystych kul górnych przy użyciu takich samych sztywnych prętów, tak samo połączonych ze sprężystymi kulami dolnymi i tak samo przechodzących przez otwory w belce dolnej i zabezpieczonych takimi samymi tulejkami zabezpieczającymi. Między sprężystymi kulami dolnymi jest taka sama szczelina powietrzna, jak między sprężystymi kulami górnymi. Sprężyste kule dolne są wykonane ze stali, korzystnie ze stali sprężynowej, sztywne pręty są wykonane z metalu o małej gęstości, korzystnie z duraluminium, zaś tulejki zabezpieczające są wykonane ze sprężystego tworzywa sztucznego, korzystnie z silikonu.

Zaletą rozwiązania jest wytwarzanie odskoku mechanicznego o wielkości nieosiągalnej przy użyciu dotychczas znanych przyrządów i możliwość porównania tego odskoku z odskokiem uzyskiwanym przy użyciu dotychczas znanych przyrządów. Dodatkowymi zaletami przyrządu są prosta konstrukcja i niezawodność działania.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok przyrządu do badania odskoku mechanicznego z boku, fig. 2 uwidacznia jego wygląd z góry, natomiast fig. 3 pokazuje widok tego przyrządu z przodu.

Przyrząd do badania odskoku mechanicznego zawiera prostokątną podstawę 1, umieszczoną poziomo, do której są przymocowane wsporniki 2, 3 o takiej samej wysokości skierowane prostopadle do prostokątnej podstawy 1 i umieszczone symetrycznie na przeciwległych bokach prostokątnej podstawy 1, a do wsporników 2, 3 jest przymocowana prostopadle belka dolna 4, znajdująca się w połowie wysokości wsporników 2, 3 i belka górna 5, znajdująca się na górnych końcach wsporników 2, 3. Wsporniki 2, 3, belka dolna 4 i belka górna 5 mają przekrój poprzeczny prostokątny. Prostokątna podstawa 1, wsporniki 2, 3, belka dolna 4 i belka górna 5 są wykonane z drewna, natomiast połączenia wsporników 2, 3 z prostokątną podstawą 1 oraz belki dolnej 4 i belki górnej 5 ze wspornikami 2, 3 są wykonane przy użyciu wkrętów. W obszarze pomiędzy belką górną 5 i belką dolną 4 jest zawieszony szereg górny złożony z parzystej liczby, większej niż sześć, sprężystych kul górnych 6, 7, 8, 9, 10, 11, wykonanych ze stali sprężynowej, przy czym stosunek masy kuli poprzedzającej do masy kuli następnej wynosi co najmniej 2,5 i środki wszystkich sprężystych kul górnych 6, 7, 8, 9, 10, 11 znajdują się na tej samej linii poziomej, równoległej do belki górnej 5 i między najbardziej zbliżonymi do siebie powierzchniami sąsiednich, sprężystych kul górnych 6, 7, 8, 9, 10, 11 jest szczelina powietrzna, taka że sprężyste kule górne 6, 7, 8, 9, 10, 11 nie dotykają do siebie. Każda ze sprężystych kul górnych 6, 7, 8, 9, 10, 11 jest zawieszona na jednym sztywnym pręcie 12, 13, 14, 15, 16, 17, wykonanym z duraluminium, którego dolny koniec jest osadzony na wcisk w nieprzelotowym otworze, wykonanym w najwyżej położonym punkcie górnej sprężystej kuli górnej 6, 7, 8, 9,10, 11. Każdy sztywny pręt 12, 13, 14, 15, 16, 17 jest skierowany pionowo w kierunku belki górnej 5, zaś górny odcinek każdego ze sztywnych prętów 12, 13, 14, 15, 16, 17 jest zagięty prostopadle w kierunku belki górnej 5 i przechodzi przez przelotowy otwór w belce górnej 5, tak że może swobodnie obracać się w tym otworze, natomiast na wystające z belki górnej 5 zagięte odcinki sztywnych prętów 12, 13, 14, 15, 16, 17 są wciśnięte tulejki zabezpieczające 18, 19, 20, 21, 22, 23, wykonane z silikonu. W obszarze pomiędzy belką dolną 4 i prostokątną podstawą 1 jest zawieszony szereg dolny, złożony z dwóch sprężystych kul dolnych 24, 25, przy czym pierwsza sprężysta kula dolna 24 jest taka sama, jak pierwsza sprężysta kula górna 6, natomiast druga sprężysta kula dolna 25 jest taka sama jak ostatnia sprężysta kula górna 11 oraz zawieszenie sprężystych kul dolnych 24, 25 jest wykonane w taki sam sposób, jak zawieszenie sprężystych kul górnych przy użyciu takich samych sztywnych prętów 26, 27, tak samo połączonych ze sprężystymi kulami dolnymi

24, 25 i tak samo przechodzących przez otwory w belce dolnej 4 i zabezpieczonych takimi samymi tulejkami zabezpieczającymi 28, 29. Między sprężystymi kulami dolnymi 24, 25 jest taka sama szczelina powietrzna, jak między sprężystymi kulami górnymi 6, 7, 8, 9, 10, 11. Sprężyste kule dolne 24, 25 są wykonane ze stali sprężynowej, sztywne pręty 26, 27 są wykonane z duraluminium, zaś tulejki zabezpieczające 28, 29 są wykonane z silikonu.

Zasada działania przyrządu do badania odskoku mechanicznego polega na tym, że początkowo wszystkie sprężyste kule górne 6, 7, 8, 9, 10, 11 i sprężyste kule dolne 24, 25 są nieruchome. Wtedy odchyla się ręcznie i jednocześnie od pionu o taki sam kąt sprężyste kule 6 oraz 24 do pozycji 31 i 30 i puszcza je swobodnie. Odchylone sprężyste kule 6 i 24 powracają do pozycji początkowej i zderzają się sprężyście odpowiednio z kulami 7 i 25. W szeregu górnych sprężystych kul 7, 8, 9, 10 11 zachodzą kolejne zderzenia sprężyste, w których zachowana jest energia i pęd. Ponieważ kolejna kula uderzająca w tym szeregu ma masę większą od masy kolejnej kuli odbijanej, to zgodnie z zasadami zachowania energii i pędu w tym szeregu dochodzi do wielokrotnego zwiększania prędkości kolejnej kuli odbijanej, natomiast w dolnym szeregu sprężystych kul 24, 25 jest możliwe tylko jednokrotne zwiększenie prędkości kuli odbijanej. W końcowym efekcie kula sprężysta kula 11 w szeregu górnym uzyskuje po odbiciu kilkakrotnie większą prędkość i odchyla się od pionu do pozycji 33 o znacznie większy kąt, niż sprężysta kula 25 w szeregu dolnym, która odchyla się do pozycji 32. Po wyhamowaniu wahań wszystkich sprężystych kul 6, 7, 8, 9, 10, 11, 24, 25, które następuje samoistnie po pewnym czasie, albo można to wykonać ręcznie, przyrząd jest gotowy do ponownego użycia w poprzednio opisany sposób. Tulejki zabezpieczające 18, 19, 20, 21, 22, 23, 28, 29 chronią górne odcinki sztywnych prętów 12, 13, 14, 15, 16, 17, 26, 27 przed przypadkowym wysunięciem się z otworów w belce górnej 5 i w belce dolnej 4 w czasie działania przyrządu. Zmieniając kąt początkowego odchylenia kul 6 i 24 można badać, jak zmieniają się kąty odskoku kul 11 i 25 w zależności od tego kąta odchylenia.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przyrząd do badania odskoku mechanicznego, znamienny tym, że zawiera prostokątną podstawę (1), umieszczoną poziomo, do której są przymocowane wsporniki (2, 3) o takiej samej wysokości skierowane prostopadle do prostokątnej podstawy (1) i umieszczone symetrycznie na przeciwległych bokach prostokątnej podstawy (1), a do wsporników (2, 3) jest przymocowana prostopadle belka dolna (4), znajdująca się w połowie wysokości wsporników (2, 3) i belka górna (5), znajdująca się na górnych końcach wsporników (2, 3), przy czym wsporniki (2, 3), belka dolna (4) i belka górna (5) mają przekrój poprzeczny prostokątny i ponadto prostokątna podstawa (1), wsporniki (2, 3), belka dolna (4) i belka górna (5) są wykonane z materiału sztywnego o małej gęstości, natomiast połączenia wsporników (2, 3) z prostokątną podstawą (1) oraz belki dolnej (4) i belki górnej (5) ze wspornikami (2, 3) jest wykonane przy użyciu wkrętów, a poza tym w obszarze pomiędzy belką górną (5) i belką dolną (4) jest zawieszony szereg górny złożony z parzystej liczby, sześć i większej, sprężystych kul górnych (6, 7, 8, 9, 10, 11), wykonanych ze stali, przy czym stosunek masy kuli poprzedzającej do masy kuli następnej wynosi co najmniej 2,5 i środki wszystkich sprężystych kul górnych (6, 7, 8, 9, 10, 11) znajdują się na tej samej linii poziomej, równoległej do belki górnej (5) i między najbardziej zbliżonymi do siebie powierzchniami sąsiednich, sprężystych kul górnych (6, 7, 8, 9, 10, 11) jest szczelina powietrzna, taka że sprężyste kule górne (6, 7, 8, 9, 10, 11) nie dotykają do siebie, a oprócz tego każda ze sprężystych kul górnych (6, 7, 8, 9, 10, 11) jest zawieszona na jednym sztywnym pręcie (12, 13, 14, 15, 16, 17), wykonanym z metalu o małej gęstości, którego dolny koniec jest osadzony na wcisk w nieprzelotowym otworze, wykonanym w najwyżej położonym punkcie górnej sprężystej kuli górnej (6, 7, 8, 9, 10, 11), a ponadto każdy sztywny pręt (12, 13, 14, 15, 16, 17) jest skierowany pionowo w kierunku belki górnej (5), zaś górny odcinek każdego ze sztywnych prętów (12, 13, 14, 15, 16, 17) jest zagięty prostopadle w kierunku belki górnej (5) i przechodzi przez przelotowy otwór w belce górnej (5), tak że może swobodnie obracać się w tym otworze, natomiast na wystające z belki górnej (5) zagięte odcinki sztywnych prętów (12, 13, 14, 15, 16, 17) są wciśnięte tulejki zabezpieczające (18, 19, 20, 21, 22, 23), wykonane, ze sprężystego tworzywa sztucznego, a oprócz tego w obszarze pomiędzy belką dolną (4) i prostokątną podstawą (1) jest zawieszony szereg dolny, złożony z dwóch sprężystych kul dolnych (24, 25), przy czym pierwsza sprężysta kula

   PL 248773 Β1 dolna (24) jest taka sama, jak pierwsza sprężysta kula górna (6), natomiast druga sprężysta kula dolna (25) jest taka sama jak ostatnia sprężysta kula górna (11) oraz zawieszenie sprężystych kul dolnych (24, 25) jest wykonane w taki sam sposób, jak zawieszenie sprężystych kul górnych przy użyciu takich samych sztywnych prętów (26, 27), tak samo połączonych ze sprężystymi kulami dolnymi (24, 25) i tak samo przechodzących przez otwory w belce dolnej (4) i zabezpieczonych takimi samymi tulejkami zabezpieczającymi (28, 29), a ponadto między sprężystymi kulami dolnymi (24, 25) jest taka sama szczelina powietrzna, jak między sprężystymi kulami górnymi (6, 7, 8, 9, 10, 11), a oprócz tego sprężyste kule dolne (24, 25) są wykonane ze stali, sztywne pręty (26, 27) są wykonane z metalu o małej gęstości, zaś tulejki zabezpieczające (28, 29) są wykonane ze sprężystego tworzywa sztucznego.
2. 2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że prostokątna podstawa (1), wsporniki (2, 3), belka dolna (4) i belka górna (5) są wykonane z drewna.
3. 3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że sześć sprężystych kul górnych (6, 7, 8, 9, 10, 11) i dwie sprężyste kule dolne (24, 25) są wykonane ze stali sprężynowej.
4. 4. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że sztywne pręty (12, 13, 14, 15, 16, 17, 26, 27) są wykonane z duraluminium.
5. 5. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że tulejki zabezpieczające (18, 19, 20, 21, 22, 23, 28, 29) są wykonane z silikonu.