RU193242U1 - Устройство для исследования условий равновесия тел под действием сил - Google Patents
Устройство для исследования условий равновесия тел под действием сил Download PDFInfo
- Publication number
- RU193242U1 RU193242U1 RU2019125048U RU2019125048U RU193242U1 RU 193242 U1 RU193242 U1 RU 193242U1 RU 2019125048 U RU2019125048 U RU 2019125048U RU 2019125048 U RU2019125048 U RU 2019125048U RU 193242 U1 RU193242 U1 RU 193242U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- forces
- supports
- cranks
- fixed
- spring
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B23/06—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for physics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Algebra (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Educational Administration (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Educational Technology (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к учебно-исследовательскому оборудованию по теоретической механике для исследования равновесия тел под действием сил и содержит модель твердого тела в виде балки, состоящей из двух одинаковых изогнутых по дуге окружности и шарнирно сочлененных между собой частей и механизмы создания и измерения сил. Балка установлена на опорах основания с помощью кривошипов в виде втулки с установленными в ней штоком и пружиной. Механизм создания внешней силы выполнен в виде пружинного динамометра, соединенного с закрепленным на основании натяжным винтом и установленным на балке фиксатором точки приложения силы, а механизмы измерения реакций опор выполнены в виде закрепленных на кривошипах стрелочных индикаторов, подпружиненных относительно штоков кривошипов. Кроме того, модель снабжена грузами уравновешивания частей балки, а также указателями направлений сил в виде установленных на кривошипах стержней и стрелок и закрепленных на основании шкал.2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Область техники
Полезная модель относится к учебно-исследовательскому оборудованию по теоретической механике и может быть использована в высших технических учебных заведениях при изучении условий равновесия тел под действием сил и, в частности, аксиом и теорем статики.
Уровень техники
Известно устройство для исследования условий равновесия тел под действием сил, содержащее модель твердого тела в виде балки, закрепленной с помощью опор на неподвижном основании, и механизмы создания и измерения действующих на балку внешних сил и реакций опор, включающие в себя пружинные динамометры и нерастяжимые нити (см. Авторское свидетельство СССР №248354, кл. G09b, 1967 г.).
Недостатки этого устройства заключаются в следующем.
В указанном устройстве заданное положение балки на основании фиксируется путем перестановки на нем опор, а механизм создания действующих на балку сил представляет собой громоздкую конструкцию, включающую в себя набор блоков и грузов, соединяемых с балкой нерастяжимыми нитями - тросами. При этом для измерения углов приложенных сил и реакций опор по отношению к балке в данном устройстве не предусмотрено соответствующих средств, что требует при проведении исследований применения дополнительных измерительных приспособлений. Все это существенно затрудняет создание и измерение действующей на балку системы сил и соответствующих реакций опор. По этим причинам в данном устройстве не обеспечивается достаточная информативность, надежность и точность исследования условий равновесия тел под действием сил.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является существенное повышение информативности и точности исследования равновесия тел под действием сил путем обеспечения фиксированного положения опор балки на основании и более точных регулирования и измерения величин и направлений действующих на балку сил.
Задача данной полезной модели достигается тем, что балка выполнена в виде двух одинаковых изогнутых по дуге окружности частей, шарнирно соединенных между собой и подвижно закрепленных на опорах посредством кривошипов, каждый из которых шарнирно сочленен с соответствующими концом балки и опорой и выполнен в виде втулки с установленным в ней штоком и пружины, закрепленной между втулкой и штоком. Механизм создания действующей на балку внешней силы выполнен в виде кронштейна с натяжным винтом, закрепленного на основании посредине между опорами балки, фиксатора точки приложения силы, установленного на балке с возможностью перемещения по ней, и пружинного динамометра, соединенного с натяжным винтом и с фиксатором посредством нерастяжимых нитей, а механизмы измерения реакций опор выполнены в виде закрепленных на кривошипах стрелочных индикаторов, подпружиненных относительно штоков кривошипов. При этом устройство снабжено грузами уравновешивания частей балки, установленными на ее концах, а также указателями направлений сил в виде стержней и стрелок, установленных на кривошипах, и градуированных шкал, закрепленных на опорах и на кронштейне с натяжным винтом. Кроме того, в балке выполнены продольные боковые пазы, а фиксатор точки приложения внешней силы выполнен в виде скобы, установленной в пазах балки.
Перечень фигур
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
На фиг. 2 показан вид А по фиг. 1.
На фиг. 3 дано сечение Б-Б по фиг. 2 (увеличено).
На фиг. 4 приведено сечение В-В по фиг. 1 (увеличено).
На фиг. 5 представлена схема измерения действующих сил при тарировке устройства.
На фиг. 6 представлена схема измерений при проведении исследований условий равновесия тел под действием сил.
Осуществление полезной модели
Общий вид устройства приведен на фиг. 1 (здесь градуированная шкала и указательные стрелки направлений сил на одной из опор условно не показаны).
Устройство содержит жестко закрепленные на основании 1 опоры 2 и 3 и модель твердого тела в виде балки, состоящей из двух изогнутых по дуге окружности одинаковых частей 4 и 5, сочлененных между собой посредством цилиндрического шарнира 6 и установленных на опорах с помощью подвижных звеньев 7. Каждое из этих звеньев состоит из двух параллельно расположенных кривошипов 8 и 9 (см. рис. 2), шарнирно установленных на опорах с помощью полуосей 10 и шарнирно соединенных с балкой посредством осей 11. При этом каждый из кривошипов выполнен в виде жестко закрепленной на полуоси 10 втулки 12 (см. фиг. 3) с установленными в ней штоком 13 и пружиной 14, которая закреплена между втулкой и штоком.
Для измерения величин реакций опор во втулке одного из кривошипов 9 каждой пары закреплен стрелочный индикатор 15, измерительный наконечник 16 которого подпружинен к штоку, а для определения направлений указанных реакций на полуосях 10 установлены указательные стрелки 17 и на опорах закреплены градуированные шкалы 18. Кроме того, для наглядной демонстрации направлений реакций опор, на втулке другого кривошипа 8 каждой пары установлены стержни - стрелки 19. С целью уравновешивания моментов сил тяжести частей 4 и 5 балки, индикаторов 15 и стрелок 19 относительно центров А' и В' полуосей 10, на осях 11 кривошипов шарнирно закреплены грузы 20.
Для создания внешней силы, воздействующей на балку, стройство снабжено механизмом (показанным на фиг. 1 условно в разрезе), который состоит из закрепленного на основании 1 кронштейна 21 с винтом 22 и гайкой 23, градуированной шкалы 24 и динамометрических весов 25. Весы посредством нерастяжимых нитей - тросов 26 соединены с винтом 22 и со скобой 27, установленной с возможностью перемещения в боковых пазах балки. Перемещением скобы в пазах балки изменяется направление действующей на балку силы, а ее величина регулируется натяжением нити с помощью винта 22 и измеряется с помощью весов 25.
Работает данное устройство следующим образом.
Сначала, перед проведением исследований по определению реакций в центрах А, А' и В, В' осей 10, 11 подвижных звеньев 7, следует выполнить регулировку устройства и тарировку пружин кронштейнов в соответствии со схемой, показанной на фиг. 5.
Необходимо установить скобу 27 по оси симметрии устройства (ось Dy) у шарнира 6 (см фиг. 1) и, не нагружая ее силой натяжения нити 26, уравновесить с помощью противовесов 20 моменты сил веса индикаторов 15, стрелок 19, скобы 27 и частей 4 и 5 балки таким образом, чтобы оси стрелок 19 и, следовательно, линии действия реакций и в точках А и В пересекались в центре С шарнира 6. При этом точки А, В и D (точка выхода нити 26 из кронштейна 21) должны располагаться на оси x, что должно повысить точность последующих исследований. После этого следует установить стрелки индикаторов в нулевые положения, исключив таким образом из учета деформации пружин и, следовательно, составляющие реакций в точках А и В, обусловленные действием сил тяжести. Здесь необходимо отметить, что подвижные звенья 7, состоящие из кривошипов 8 и 9, представляют собой тела, находящиеся в равновесии под действием двух сил - реакций в точках А и А' (В и В'). Эти силы, согласно аксиоме статики о равновесии тела под действием двух сил, должны быть равны по величине и противоположны по направлению, т.е., соответственно, и (на фиг. 5 эти силы в точках А, В, А' и В' условно не показаны). Кроме того, в этом случае каждая из частей 4 и 5 балки также будет находиться в равновесии под действием двух сил, и действующие на них реакции в точке С будут равны по величине и противоположны по направлению соответственно силам и
Затем, посредством винта 22 и гайки 23, следует постепенно увеличивать силу натяжения нити 26 и соответственно нагрузку на арку, регистрируя показания весов 25 и индикаторов 15. Показания индикаторов соответствуют перемещениям штоков 13 кривошипов 8 и 9, т.е. деформациям пружин кривошипов и, следовательно, пропорциональны величинам реакций и На фиг. 5 приведен силовой замкнутый треугольник действующих на балку сил, построенный в соответствии с теоремой о равновесии тела под действием трех сил. Здесь углы α и β наклона реакций и относительно вертикали равны 45° и значения реакций связаны с величиной силы F соотношением:
Это соотношение позволяет по измеренным значениям силы определить величины реакций и и отметить (зарегистрировать) соответствующие показания индикаторов 15.
Схема проведения исследования действующих на балку сил при различных по направлению и величине значениях приложенной к ней силы приведена на фиг. 6. Здесь в качестве примера показано нагружение силой левой части 4 балки при положительном значении угла отклонения нити 26 от вертикали (ϕ>0).
Сначала нить 26 фиксируется по выбранному значению угла ϕ ее направления по отношению к вертикали путем соответствующей установки скобы 27 в продольных пазах либо части 4, либо части 5 балки (см. фиг. 4). Затем посредством винта 22, гайки 23 и нити 26 механизма создания действующей на балку внешней силы по динамометру 25 устанавливается выбранное ее значение. При этом в шарнирах балки - точках А и В возникают силы реакций и Поскольку в этом случае вся балка находится в равновесии под действием сил и то линии действия этих сил, согласно теореме статики о равновесии тела под действием трех сил, должны пересекаться в одной точке - точке О (см. фиг. 1, 6). Причем часть 5 балки в этом случае находится в равновесии под действием двух сил - реакций и приложенных в точках В и С, и, в соответствии с аксиомой статики о равновесии тела под действием двух сил, эти силы должны быть равны по модулю и противоположны по направлению, т.е. Следовательно, и по этой причине линия действия реакции должна проходить через точку О. Часть 4 балки находится в равновесии под действием трех сил и линии действия которых пересекаются в той же точке О. Причем в соответствии с аксиомой механики о силах взаимодействия материальных тел, здесь силы и равны по величине и противоположны по направлению, т.е.
Направления сил и определяются по положениям нити 26 и стрелок 17 относительно шкал 24 и 18, а их величины - по показаниям динамометра 25 и индикаторов 15 соответственно. При этом удлиненные стрелки 19 позволяют наглядно демонстрировать направления реакций и т.е. визуально подтверждать выполнение указанных выше аксиом и теоремы статики.
По измеренным угловым положениям кривошипов (углы α, β) и нити (угол ϕ), а также силы натяжения нити выстраивается силовой замкнутый треугольник (см. фиг. 6), описываемый векторным уравнением:
Согласно этому уравнению для проекций сил на оси х и у можно записать, соответственно, следующие соотношения:
Fsinϕ+RAsinα-RBsinβ=0,
-Fcosϕ+RAcosα+RBcosβ=0,
Здесь следует отметить, что изменения величины и направления силы натяжения нити 26 (см. фиг. 1) вызывают деформации пружин 14 кронштейнов 8 и 9 и повороты последних в шарнирах А' и В' и, соответственно, перемещения точек А и В по вертикали и горизонтали, а также повороты частей 4 и 5 арки относительно друг друга в шарнире С.Это приводит к некоторым искажениям описанной картины действующих на арку сил, т.е. к погрешностям при экспериментальном исследовании аксиом и теорем статики. Однако при достаточно высокой жесткости пружин 14 и малой длине кривошипов - (расстояния АА' и ВВ') по сравнению с расстояниями от точки С до точек А и В погрешности измерений сил по сравнению с расчетными их значениями будут незначительными и ими можно будет пренебречь.
Полученные расчетом по вышеприведенным уравнениям значения реакций сопоставляются с измеренными силами, что позволяет убедиться в достоверности применяемых уравнений равновесия тел под действием сил, в том числе в выполнении в данной модели аксиомы о равновесии тела под действием двух сил и теоремы о равновесии тела под действием трех сил.
Таким образом, данная полезная модель позволяет существенно повысить информативность, надежность и точность исследования условий равновесия тел под действием сил, так как обеспечивает фиксированное положения опор балки на основании и более простое и точное регулирование и измерение величин и направлений действующих на балку сил.
Claims (3)
1. Устройство для исследования условий равновесия тел под действием сил, содержащее модель твердого тела в виде балки, закрепленной с помощью опор на неподвижном основании, и механизмы создания и измерения действующих на балку внешних сил и реакций опор, включающие в себя пружинные динамометры и нерастяжимые нити, отличающееся тем, что балка выполнена в виде двух одинаковых изогнутых по дуге окружности частей, шарнирно соединенных между собой и подвижно закрепленных на опорах посредством кривошипов, каждый из которых шарнирно сочленен с соответствующими концом балки и опорой и выполнен в виде втулки с установленным в ней штоком и пружины, закрепленной между втулкой и штоком, механизм создания действующей на балку внешней силы выполнен в виде кронштейна с натяжным винтом, закрепленного на основании посредине между опорами балки, фиксатора точки приложения силы, установленного на балке с возможностью перемещения по ней, и пружинного динамометра, соединенного с натяжным винтом и с фиксатором посредством нерастяжимых нитей, а механизмы измерения реакций опор выполнены в виде закрепленных на кривошипах стрелочных индикаторов, подпружиненных относительно штоков кривошипов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено грузами уравновешивания частей балки, установленными на ее концах, а также указателями направлений сил в виде стержней и стрелок, установленных на кривошипах, и градуированных шкал, закрепленных на опорах и на кронштейне с натяжным винтом.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в балке выполнены продольные боковые пазы, а фиксатор точки приложения внешней силы выполнен в виде скобы, установленной в пазах балки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125048U RU193242U1 (ru) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Устройство для исследования условий равновесия тел под действием сил |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019125048U RU193242U1 (ru) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Устройство для исследования условий равновесия тел под действием сил |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU193242U1 true RU193242U1 (ru) | 2019-10-21 |
Family
ID=68315520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019125048U RU193242U1 (ru) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | Устройство для исследования условий равновесия тел под действием сил |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU193242U1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU13111U1 (ru) * | 1999-08-04 | 2000-03-20 | Марченко Анатолий Михайлович | Прибор для демонстрации законов механики |
RU2314571C2 (ru) * | 2006-02-06 | 2008-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "СНАРК" | Учебное пособие для изучения законов физики |
RU130114U1 (ru) * | 2013-01-25 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Прибор для определения сил с учетом трения покоя в соединении "тормозная колодка-барабан" |
-
2019
- 2019-08-07 RU RU2019125048U patent/RU193242U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU13111U1 (ru) * | 1999-08-04 | 2000-03-20 | Марченко Анатолий Михайлович | Прибор для демонстрации законов механики |
RU2314571C2 (ru) * | 2006-02-06 | 2008-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "СНАРК" | Учебное пособие для изучения законов физики |
RU130114U1 (ru) * | 2013-01-25 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Прибор для определения сил с учетом трения покоя в соединении "тормозная колодка-барабан" |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103247209A (zh) | 电测法测试等强度梁弯扭组合梁内应力实验装置 | |
RU193242U1 (ru) | Устройство для исследования условий равновесия тел под действием сил | |
US4344495A (en) | Equipment for the measurement of minute weight forces | |
CN106404130A (zh) | 称重传感器组件及称重方法 | |
Libii | Design, analysis and testing of a force sensor for use in teaching and research | |
CN106353183A (zh) | 一种内力测量及其标定装置及其标定方法 | |
RU2292030C1 (ru) | Машина для испытаний образца из материала с памятью формы | |
CN1330959C (zh) | 一种动态弯矩的测量方法 | |
RU2562445C2 (ru) | Стенд для измерения стато - динамических характеристик физических объектов | |
RU2525629C1 (ru) | Стенд для измерения массы и координат центра масс изделий | |
JP3510337B2 (ja) | トラスの部材応力実験装置 | |
RU2562273C2 (ru) | Стенд для измерения массо-инерционных характеристик изделия | |
SU972286A1 (ru) | Устройство дл градуировки динамометров с двум опорными базами | |
Fu et al. | Six-axis load head with application to electrical conductor nonlinear dynamics | |
RU84125U1 (ru) | Многобалочный акселерометр для измерения ускорений физического тела и электронная модель многобалочного акселерометра | |
US3096638A (en) | Beam calibrator | |
Cai et al. | A high-sensitivity rotatable 3D displacement sensor | |
SU1716379A1 (ru) | Устройство дл испытани образцов материалов на чистый изгиб | |
RU1795505C (ru) | Учебный прибор по сопротивлению материалов | |
Zheltkovich et al. | Laboratory works strength of materials for students full-day studies faculty of civil and industrial engineering. Part 2 | |
SU947622A1 (ru) | Электромеханический тензометр дл измерени плоских деформаций | |
RU2396533C1 (ru) | Динамометрический элемент | |
US3416233A (en) | Extensometer and attachment | |
Roderick | ABSTRACT OF STUDENTS'PAPER. AN INVESTIGATION OF STRESSES IN A THREE-HINGED STIFFENED SUSPENSION BRDIGE. | |
RU2390029C1 (ru) | Многобалочный акселерометр для измерения ускорений физического тела и электронная модель многобалочного акселерометра |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200808 |