PL250018B1 - Przyrząd do badania siły odśrodkowej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest przyrząd do badania siły odśrodkowej, przeznaczony do wykazywania skutków działania tej siły i mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych, zwłaszcza studenckich i szkolnych. Przyrząd do badania siły odśrodkowej zawiera podstawę (1) w kształcie prostokątnej płyty umieszczonej poziomo i wykonanej ze sklejki, do której są przymocowane trzy tory umieszczone w płaszczyźnie pionowej, skierowanej wzdłuż dłuższego boku podstawy (1). Każdy z tych torów składa się z części górnej (2, 3, 4), mającej kształt prostoliniowego odcinka, nachylonego pod kątem 50° - 70° do podstawy (1) i w pierwszym torze dolny koniec części górnej (2) jest połączony z początkiem części środkowej (5), mającej kształt okręgu, którego najniższy punkt jest przymocowany do podstawy (1) i koniec tego okręgu jest połączony z początkiem części dolnej (6), mającej kształt prostoliniowego odcinka umieszczonego na podstawie (1) i zaopatrzonego w zastawkę (7) w kształcie pionowej płytki wykonanej z tekstolitu i przymocowanej do końca części dolnej (6). W drugim i w trzecim torze dolne końce części górnych (3, 4) są połączone z początkami części środkowych (8, 9), mających kształt litery U o wysokości równej średnicy okręgu, tworzącego część środkową pierwszego toru (5). Końce górne ramion litery U są zamknięte odcinkami poziomymi (10, 11) połączonym z ramionami litery U w zaokrąglonych narożnikach i najniższy punkt każdej z części środkowych (8, 9) jest przymocowany do podstawy (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania siły odśrodkowej, przeznaczony do wykazywania skutków działania tej siły i mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych, zwłaszcza studenckich i szkolnych.

Z publikacji zatytułowanej „Katalog pomocy naukowych i sprzętu szkolnego”, opracowanej pod redakcją Janusza Kowalewskiego oraz Jerzego Wojciecha Cieślaka i wydanej przez Zrzeszenie Przemysłu Pomocy Naukowych i Sprzętu Szkolnego „Biofiz” w Warszawie w 1985 r. jest znany przyrząd do badania siły odśrodkowej, składający się z poziomej, prostokątnej podstawy, wykonanej ze sklejki, do której jest przymocowany tor ustawiony w płaszczyźnie pionowej i wykonany z równoramiennego kątownika stalowego. Tor ma w przekroju poprzecznym kształt litery V. Górna część toru ma kształt prostoliniowego odcinka nachylonego do poziomu i dolny koniec tego odcinka przechodzi w środkową część toru w kształcie okręgu, która z kolei łączy się z dolnym, prostoliniowym odcinkiem toru skierowanym poziomo oraz przymocowanym do podstawy i zakończonym zastawką w kształcie pionowej płytki, zamykającej tor. Początek górnej części toru jest na wysokości 2 razy większej od średn icy okręgu. Do górnej części toru jest przyspawany pionowy płaskownik z zagiętym poziomo dolnym końcem umieszczonym na podstawie. Mocowanie toru do podstawy jest wykonane przy pomocy wkrętów wkręconych w podstawę i przechodzących przez dolny koniec płaskownika i najniższy punkt okręgu, stanowiącego środkową część toru i dotykający podstawy. W skład przyrządu wchodzi jeszcze kulka stalowa. Działanie przyrządu polega na tym, że kulkę stalową kładzie się na górnej części toru w punkcie, znajdującym się na pewnej wysokości nad podstawą i puszcza swobodnie. W tej sytu acji kulka stacza się wzdłuż toru do najniższego punktu okręgu i następnie wtacza po tym okręgu. Jeżeli kulka była puszczona z odpowiednio dużej wysokości, to uzyskuje dostatecznie dużą prędkość, żeby wtoczyć się do najwyższego punktu okręgu i siła odśrodkowa w tym punkcie jest większa od ciężaru kulki. Dzięki temu kulka zatacza okrąg i wtacza się do końcowego odcinka toru skierowanego poziomo, w którym zatrzymuje się na zastawce. Jeżeli kulka była puszczona ze zbyt małej wysokości, to nie osiąga najwyżej położonego punktu okręgu, albo odpada w tym punkcie od toru. Następnie po wykonaniu kilku ruchów po łuku wewnątrz toru kulka zatrzymuje się w najniższym punkcie okręgu. Tak samo zbudowany i tak samo działający przyrząd do badania siły odśrodkowej jest znany z wcześniejszego wydania tego Katalogu dokonanego przez Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych w Warszawie w 1978 r.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do badania siły odśrodkowej zawiera podstawę w kształcie prostokątnej płyty umieszczonej poziomo i wykonanej ze sklejki, do której są przymocowane trzy tory umieszczone w płaszczyźnie pionowej, skierowanej wzdłuż dłuższego boku podstawy. Każdy z tych torów składa się z części górnej, mającej kształt prostoliniowego odcinka, nachylonego pod kątem 50°-70° do podstawy i w pierwszym torze dolny koniec części górnej jest połączony z początkiem części środkowej, mającej kształt okręgu, którego najniższy punkt jest przymocowany do podstawy i koniec tego okręgu jest połączony z początkiem części dolnej, mającej kształt prostoliniowego odcinka umieszczonego na podstawie i zaopatrzonego w zastawkę w kształcie pionowej płytki wykonanej z tekstolitu i przymocowanej do końca części dolnej. W drugim i w trzecim torze dolne końce części górnych są połączone z początkami części środkowych, mających kształt litery U o wysokości równej średnicy okręgu, tworzącego część środkową pierwszego toru, a poza tym końce górne ramion litery U są zamknięte odcinkami poziomymi, połączonym z ramionami litery U w zaokrąglonych narożnikach i najniższy punkt każdej z części środkowych jest przymocowany do podstawy, a oprócz tego końce części środkowych są połączone z początkami części dolnych, mających kształt prostoliniowych odcinków umieszczonych na podstawie i zaopatrzonych w zastawki, w kształcie pionowych płytek wykonanych z tekstolitu i przymocowanych do końców części dolnych. Części górne, części środkowe wraz z odcinkami poziomymi i części dolne wszystkich trzech torów mają w przekroju poprzecznym kształt ceownika równoramiennego, wykonanego ze stali o wysokiej rezystywności, korzystnie ze stali krzemowej o zawartości 4% krzemu i ramiona tego ceownika są skierowane poziomo. W ramionach części górnych są wykonane szeregi otworów, rozmieszczonych w równych odległościach od siebie i wierzchołki części górnych znajdują się na nad podstawą na wysokości większej, niż średnica okręgu, tworzącego część środkową pierwszego toru. Do wierzchołków części górnych są przymocowane górne końce pionowych prętów, po jednym końcu do każdej części, o przekroju poprzecznym kołowym, wykonanych z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu i dolne końce pionowych prętów są osadzone w nawierceniach w podstawie, przy czym połączenia pionowych prętów z częściami górnymi i połączenia dolnych końców pionowych prętów z podstawą oraz połączenia środkowych części z podstawą i połączenia zastawek z końcami części dolnych są wykonane przy użyciu kleju epoksydowego. Do wierzchołków części górnych jest przyłożona listwa, zaopatrzona na całej długości w szereg otworów, rozmieszczonych w równych odległościach od siebie oraz mających taką samą średnicę, jak otwory w częściach górnych oraz przez otwory w tych częściach i znajdujące się naprzeciw nich otwory przechodzą na wylot walcowe sworznie zakończone łbami, wystającymi na zewnątrz listwy. Listwa i walcowe sworznie są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu. O walcowe sworznie są oparte jednakowe walce, umieszczone na częściach górnych torów między ramionami ceownika, przy czym walce są wykonane z materiału magnetycznie twardego o wysokiej rezystywności, korzystnie z ferrytu, zawierającego proszki tlenków żelaza, baru i strontu. Walce umieszczone na częściach górnych pierwszego i drugiego toru nie są namagnesowane, natomiast walec, umieszczony na części górnej trzeciego toru jest namagnesowany w kierunku osiowym.

Główną zaletą rozwiązania jest nowa funkcjonalność, polegająca na wykazywaniu, że niezależnie od prędkości siła odśrodkowa przestaje działać, gdy tor ruchu staje się linią prostą. Dodatkowymi zaletami przyrządu są prosta konstrukcja i niezawodność działania.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje widok przyrządu z boku, fig. 2 obrazuje widok przyrządu z przodu, natomiast fig. 3 stanowi widok przyrządu z góry.

Przyrząd do badania siły odśrodkowej zawiera podstawę 1 w kształcie prostokątnej płyty umieszczonej poziomo i wykonanej ze sklejki, do której są przymocowane trzy tory umieszczone w płaszczyźnie pionowej, skierowanej wzdłuż dłuższego boku podstawy 1. Każdy z tych torów składa się z części górnej 2, 3, 4, mającej kształt prostoliniowego odcinka, nachylonego pod kątem 50°-70° do podstawy 1. W pierwszym torze dolny koniec części górnej 2 jest połączony z początkiem części środkowej 5, mającej kształt okręgu, którego najniższy punkt jest przymocowany do podstawy 1 i koniec tego okręgu jest połączony z początkiem części dolnej 6, mającej kształt prostoliniowego odcinka umieszczonego na podstawie 1 i zaopatrzonego w zastawkę 7 w kształcie pionowej płytki wykonanej z tekstolitu i przymocowanej do końca części dolnej 6. W drugim i w trzecim torze dolne końce części górnych 3, 4 są połączone z początkami części środkowych 8, 9 mających kształt litery U o wysokości równej średnicy okręgu, tworzącego część środkową pierwszego toru 5. Końce górne ramion litery U są zamknięte odcinkami poziomymi 10, 11 połączonym z ramionami litery U w zaokrąglonych narożnikach i najniższy punkt każdej z części środkowych 8, 9 jest przymocowany do podstawy 1. Końce części środkowych 8, 9 są połączone z początkami części dolnych 12, 13 mających kształt prostoliniowych odcinków umieszczonych na podstawie 1 i zaopatrzonych w zastawki 14, 15 w kształcie pionowych płytek wykonanych z tekstolitu i przymocowanych do końców części dolnych 12, 13. Ponadto części górne 2, 3, 4, części środkowe 5, 8, 9 wraz z odcinkami poziomymi 10, 11 i części dolne 6, 12, 13 wszystkich trzech torów mają w przekroju poprzecznym kształt ceownika równoramiennego, wykonanego ze stali krzemowej o zawartości 4% krzemu i ramiona tego ceownika są skierowane poziomo. W ramionach części górnych 2, 3, 4 są wykonane szeregi otworów 16, 17, 18, rozmieszczonych w równych odległościach od siebie i wierzchołki części górnych 2, 3, 4 znajdują się na nad podstawą 1 na wysokości 3 większej, niż średnica okręgu, tworzącego część środkową 5 pierwszego toru. Oprócz tego do wierzchołków części górnych 2, 3, 4 są przymocowane górne końce pionowych prętów 19, 20, 21 o przekroju poprzecznym kołowym, wykonanych z tekstolitu i dolne końce pionowych prętów 19, 20, 21 są osadzone w nawierceniach w podstawie 1, przy czym połączenia pionowych prętów 19, 20, 21 z częściami górnymi 2, 3, 4 i połączenia dolnych końców pionowych prętów 19, 20, 21 z podstawą 1 oraz połączenia środkowych części 5, 8, 9 z podstawą 1 i połączenia zastawek 7, 14, 15 z końcami części dolnych 6, 12, 13 są wykonane przy użyciu kleju epoksydowego. Do wierzchołków części górnych 2, 3, 4 jest przyłożona listwa 22, zaopatrzona na całej długości w szereg otworów 23, rozmieszczonych w równych odległościach od siebie oraz mających taką samą średnicę, jak otwory 16, 17, 18 w częściach górnych 2, 3, 4 oraz przez otwory 16, 17, 18 i znajdujące się naprzeciw nich otwory 23 przechodzą na wylot walcowe sworznie 24, 25, 26 zakończone łbami, wystającymi na zewnątrz listwy 22. Listwa 22 i walcowe sworznie 24, 25, 26 są z tekstolitu. O walcowe sworznie 24, 25, 26 są oparte jednakowe walce 27, 28, 29, umieszczone na częściach górnych 2, 3, 4 torów między ramionami ceownika, przy czym walce 27, 28, 29 są wykonane z ferrytu, zaw ierającego proszki tlenków żelaza, baru i strontu, ale walce 27 i 28, umieszczone odpowiednio na częściach górnych 2 i 3 pierwszego i drugiego toru nie są namagnesowane, natomiast walec 29, umieszczony na części górnej 4 trzeciego toru jest namagnesowany w kierunku osiowym.

Zasada działania przyrządu do badania siły odśrodkowej polega na tym, że listwę 22 pociąga się ręcznie w kierunku poziomym, co powoduje wyciągnięcie walcowych sworzni 24, 25, 26 z otworów w częściach górnych 2, 3, 4 wszystkich torów. Dzięki temu walce 27, 28, 29 przestają opierać się o walcowe sworznie 24, 25, 26 i jednocześnie zaczynają staczać się wzdłuż torów. Walec 27 po osiągnięciu najwyższego punktu na części środkowej 5 pierwszego toru, mającej kształt okręgu, nie odpada w tym punkcie od toru, ponieważ porusza się po łuku z dostatecznie dużą prędkością i na walec 27 działa siła odśrodkowa, zwrócona pionowo w górę, która równoważy ciężar tego walca. Walec 28 po osiągnięciu poziomego odcinka 10 na drugim torze odpada od tego odcinka, ponieważ mimo, że ma taką samą prędkość, jak walec 27, to porusza się po odcinku prostoliniowym 10 i na walec 28 nie działa siła odśrodkowa, która zrównoważyłaby jego ciężar. Z kolei walec 29 po osiągnięciu poziomego odcinka 11 na trzecim torze nie odpada od toru na tym odcinku, bo chociaż porusza się prostoliniowo i nie działa na niego siła odśrodkowa, to walec 20 jest namagnesowany. Skutkiem tego walec 20 jest przyciągany do toru wykonanego ze stali i siła przyciągania zwrócona pionowo ku górze równoważy ciężar walca 29. W końcowym etapie ruchu walce 27, 28 i 29 wtaczają się na części dolne 6, 12, 13 torów i zatrzymują w ich końcach na zastawkach 7, 14, 15. Doświadczenie można powtórzyć po ponownym przyłożeniu listwy 22 do części górnych 2, 3, 4 torów i włożeniu walcowych sworzni 24, 25, 26 w odpowiednie otwory oraz umieszczeniu walców 27, 28, 29 na sworzniach 24, 25, 26, przy czym listwę 22 można umieścić na takiej samej wysokości na podstawą 1 jak poprzednio albo na innej wysokości i w ten sposób znaleźć minimalną wysokość, przy której walec 27 nie odpada w najwyższym punkcie okręgu 5, tworzącego część środkową pierwszego toru. Wykonanie części górnych 2, 3, 4, części środkowych 5, 8, 9 wraz z odcinkami poziomymi 10, 11 i części dolnych 6, 12, 13 wszystkich trzech torów ze stali o wysokiej rezystywności, korzystnie ze stali krzemowej o zwartości 4% krzemu oraz wykonanie wszystkie walców 27, 28, 29 z materiału magnetycznie twardego też o wysokiej rezystywności, korzystnie z ferrytu, zawierającego proszki tlenków żelaza, baru i strontu, zmniejsza straty energii kinetycznej walców 27, 28, 29, powodowane przez indukowanie prądów wirowych. Ponadto wykonanie pionowych prętów 19, 20, 21, listwy 22 i walcowych sworzni 24, 25, 26 z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu zapobiega niekorzystnemu oddziaływaniu tych elementów z polem magnetycznym. Mimo, że walce 27 i 28 nie są namagnesowane, to zostały wykonane z tego samego materiału, co walec namagnesowany 29. Takie rozwiązanie zastosowano dlatego, żeby wszystkie walce 27, 28, 29 miały takie same masy i wymiary, a jedyna różnica, umożliwiająca ruch walca 29 na odcinku poziomym 11 trzeciego toru, polegała na namagnesowaniu tego walca.

Claims (5)

1. Przyrząd do badania siły odśrodkowej, mający podstawę w kształcie prostokątnej płyty umieszczonej poziomo i wykonanej ze sklejki, znamienny tym, że do podstawy (1) są przymocowane trzy tory umieszczone w płaszczyźnie pionowej, skierowanej wzdłuż dłuższego boku podstawy (1), przy czym każdy z tych torów składa się z części górnej (2, 3, 4) mającej kształt prostoliniowego odcinka, nachylonego pod kątem 50°-70° do podstawy (1) i w pierwszym torze dolny koniec części górnej (2) jest połączony z początkiem części środkowej (5), mającej kształt okręgu, którego najniższy punkt jest przymocowany do podstawy (1) i koniec tego okręgu jest połączony z początkiem części dolnej (6) mającej kształt prostoliniowego odcinka umieszczonego na podstawie (1) i zaopatrzonego w zastawkę (7) w kształcie pionowej płytki wykonanej z tekstolitu i przymocowanej do końca części dolnej (6), oprócz tego w drugim i w trzecim torze dolne końce części górnych (3, 4) są połączone z początkami części środkowych (8, 9) mających kształt litery U o wysokości równej średnicy okręgu, tworzącego część środkową pierwszego toru (5), a poza tym końce górne ramion litery U są zamknięte odcinkami poziomymi (10, 11) połączonym z ramionami litery U w zaokrąglonych narożnikach i najniższy punkt każdej z części środkowych (8, 9) jest przymocowany do podstawy (1), a oprócz tego końce części środkowych (8, 9) są połączone z początkami części dolnych (12, 13), mających kształt prostoliniowych odcinków umieszczonych na podstawie (1) i zaopatrzonych w zastawki (14, 15) w kształcie pionowych płytek wykonanych z tekstolitu i przymocowanych do końców części dolnych (12, 13), a ponadto części górne (2, 3, 4), części środkowe (5, 8, 9) wraz z odcinkami poziomymi (10, 11) i części dolne (6, 12, 13) wszystkich trzech torów mają w przekroju poprzecznym kształt ceownika równoramiennego, wykonanego ze stali o wysokiej rezystywności i ramiona tego ceownika są skierowane poziomo, a poza tym w ramionach części górnych (2, 3, 4) są wykonane szeregi otworów (16, 17, 18), rozmieszczonych w równych odległościach od siebie i wierzchołki części górnych (2, 3, 4) znajdują się na nad podstawą (1) na wysokości (3) większej, niż średnica okręgu, tworzącego część środkową (5) pierwszego toru, a ponadto do wierzchołków części górnych (2, 3, 4) są przymocowane górne końce pionowych prętów (19, 20, 21) o przekroju poprzecznym kołowym, wykonanych z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego i dolne końce pionowych prętów (19, 20, 21) są osadzone w nawierceniach w podstawie (1), przy czym połączenia pionowych prętów (19, 20, 21) z częściami górnymi (2, 3, 4) i połączenia dolnych końców pionowych prętów (19, 20, 21) z podstawą (1) oraz połączenia środkowych części (5, 8, 9) z podstawą (1) i połączenia zastawek (7, 14, 15) z końcami części dolnych (6, 12, 13) są wykonane przy użyciu kleju epoksydowego, a ponadto do wierzchołków części górnych (2, 3, 4) jest przyłożona listwa (22), zaopatrzona na całej długości w szereg otworów (23), rozmieszczonych w równych odległościach od siebie oraz mających taką samą średnicę, jak otwory (16, 17, 18) w częściach górnych (2, 3, 4) oraz przez otwory (16, 17, 18) i znajdujące się naprzeciw nich otwory (23) przechodzą na wylot walcowe sworznie (24, 25, 26) zakończone łbami, wystającymi na zewnątrz listwy (22), a poza tym listwa (22) i walcowe sworznie (24, 25, 26) są wykonane z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, a poza tym o walcowe sworznie (24, 25, 26) są oparte jednakowe walce (27, 28, 29), umieszczone na częściach górnych (2, 3, 4) torów między ramionami ceownika, przy czym walce (27, 28, 29) są wykonane z materiału magnetycznie twardego o wysokiej rezystywności, ale walce (27, 28) umieszczone odpowiednio na częściach górnych (2 i 3) pierwszego i drugiego toru nie są namagnesowane, natomiast walec (29) umieszczony na części górnej (4) trzeciego toru jest namagnesowany w kierunku osiowym.

2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że ceownik równoramienny, wykonany ze stali o wysokiej rezystywności jest wykonany ze stali krzemowej o zawartości 4% krzemu.

3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że pręty (19, 20, 21) o przekroju poprzecznym kołowym są wykonane z tekstolitu.

4. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że listwa (22) i walcowe sworznie (24, 25, 26) są wykonane z tekstolitu.

5. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że walce (27, 28, 29) są wykonane z ferrytu, zawierającego proszki tlenków żelaza, baru i strontu.