RU206534U1 - PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY EXTERNAL PERIODIC IMPACT ON THE ENERGY PARAMETERS OF A VIBRATORY MECHANICAL SYSTEM - Google Patents

PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY EXTERNAL PERIODIC IMPACT ON THE ENERGY PARAMETERS OF A VIBRATORY MECHANICAL SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
RU206534U1
RU206534U1 RU2021115441U RU2021115441U RU206534U1 RU 206534 U1 RU206534 U1 RU 206534U1 RU 2021115441 U RU2021115441 U RU 2021115441U RU 2021115441 U RU2021115441 U RU 2021115441U RU 206534 U1 RU206534 U1 RU 206534U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pendulum
mechanical system
experiments
angle
energy parameters
Prior art date
Application number
RU2021115441U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Николаевич Морозов
Борис Георгиевич Скуйбин
Арсений Владимирович Жуков
Сергей Павлович Барышников
Евгений Александрович Шевченко
Максим Сергеевич Рябоконь
Алексей Павлович Титов
Георгий Алексеевич Малышев
Владислав Дмитриевич Соломенцев
Илья Андреевич Брызжев
Елисей Сергеевич Краско
Дмитрий Андреевич Бураев
Алексей Вячеславович Старухин
Original Assignee
Акционерное Общество "Центр Прикладной Физики Мгту Им. Н.Э. Баумана"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Центр Прикладной Физики Мгту Им. Н.Э. Баумана" filed Critical Акционерное Общество "Центр Прикладной Физики Мгту Им. Н.Э. Баумана"
Priority to RU2021115441U priority Critical patent/RU206534U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU206534U1 publication Critical patent/RU206534U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/06Models 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)
  • Instructional Devices (AREA)

Abstract

Заявленная полезная модель относится к установкам для наглядных демонстраций и исследований по физике и может быть использована для проведения лабораторных работ и опытов по изучению колебательного движения, вызванного внешним воздействием.Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании простой малогабаритной установки, позволяющей демонстрировать явление параметрического резонанса, исследовать колебание математического маятника при периодическом изменении длины его подвеса, измерять угол отклонения этого маятника, для последующей обработки полученных данных при постановке опытов в учебных заведениях.Данная задача решается за счет наличия в установке управляемого микроконтроллером шагового двигателя, который осуществляет поворот вала вокруг собственной оси, выполняя попеременное наматывание нити маятника на вал и ее сматывание, вследствие чего длина подвеса маятника изменяется по периодическому закону. Закрепленный на спице и отклоняющийся вместе с маятником датчик угла служит для измерения угла отклонения маятника от положения равновесия и передачи результатов измерений на микроконтроллер. Таким образом, установка позволяет демонстрировать явления, вызванные внешним периодическим воздействием на энергетические параметры колебательной механической системы.Результатом, который обеспечивается приведенной совокупностью признаков, является расширение демонстрационных возможностей, удобство и простота установки для проведения лабораторных работ, связанных с механическими колебаниями, что весьма важно для учебных заведений, где в опытах участвуют как преподаватели, так и студенты.The declared utility model refers to installations for visual demonstrations and research in physics and can be used for laboratory work and experiments on the study of oscillatory motion caused by an external influence. to demonstrate the phenomenon of parametric resonance, to investigate the oscillation of a mathematical pendulum with a periodic change in the length of its suspension, to measure the deflection angle of this pendulum, for subsequent processing of the data obtained when conducting experiments in educational institutions. shaft around its own axis, performing alternately winding the thread of the pendulum on the shaft and winding it, as a result of which the length of the suspension of the pendulum changes according to a periodic law. The angle sensor fixed on the spoke and deflected together with the pendulum serves to measure the angle of deflection of the pendulum from the equilibrium position and transfer the measurement results to the microcontroller. Thus, the installation makes it possible to demonstrate the phenomena caused by an external periodic effect on the energy parameters of an oscillatory mechanical system. educational institutions where both teachers and students participate in the experiments.

Description

Область техникиTechnology area

Заявленная полезная модель относится к установкам для наглядных демонстраций и исследований по физике, и может быть использована для проведения лабораторных работ и опытов по изучению колебательного движения, вызванного внешним воздействием.The declared utility model relates to installations for visual demonstrations and research in physics, and can be used for laboratory work and experiments on the study of oscillatory motion caused by external influences.

Уровень техникиState of the art

Из существующего уровня техники известно устройство для моделирования параметрических колебаний (патент RU 2087211 С1, "Устройство для моделирования параметрических колебаний", Кузнецов H.П. ,G01M 7/02, 1997.08.20), с его помощью возможно моделировать параметрические колебания в рычажной колебательной системе. Недостатками данного устройства являются большие габариты и потребность в сторонних устройствах.A device for modeling parametric oscillations is known from the existing level of technology (patent RU 2087211 C1, "Device for modeling parametric oscillations", Kuznetsov H.P., G01M 7/02, 1997.08.20), with its help it is possible to simulate parametric oscillations in a lever oscillatory system. The disadvantages of this device are its large dimensions and the need for third-party devices.

Также из уровня техники известен учебный прибор, для демонстрации явлений нелинейного колебательного движения, позволяющий моделировать эффект параметрического резонанса (патент RU 2658788 C1 "Способ и устройство для демонстрации и исследования движения ансамбля математических маятников при продольных колебаниях его подвеса", Кротов С.С., G09B 23/06, 2018.06.22). Недостатками данного устройства являются сложная конструкция и наличие хрупких элементов, выполненных из стекла, что сказывается на удобстве эксплуатации.Also from the prior art, an educational device is known for demonstrating the phenomena of nonlinear oscillatory motion, which makes it possible to simulate the effect of parametric resonance (patent RU 2658788 C1 "Method and device for demonstrating and studying the movement of an ensemble of mathematical pendulums during longitudinal vibrations of its suspension", Krotov S.S., G09B 23/06, 2018.06.22). The disadvantages of this device are its complex design and the presence of fragile elements made of glass, which affects the ease of use.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of a utility model

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании простой, малогабаритной установки, позволяющей демонстрировать явление параметрического резонанса, исследовать колебание математического маятника при периодическом изменении длины его подвеса, измерять угол отклонения этого маятника, для последующей обработки полученных данных при постановке опытов в учебных заведениях.The problem to be solved by the claimed technical solution is to create a simple, small-sized installation that allows you to demonstrate the phenomenon of parametric resonance, to study the oscillation of a mathematical pendulum with a periodic change in the length of its suspension, to measure the deflection angle of this pendulum, for subsequent processing of the data obtained when performing experiments in educational institutions.

Данная задача решается за счет наличия в установке управляемого микроконтроллером шагового двигателя, который осуществляет поворот вала вокруг собственной оси, выполняя попеременное наматывание нити маятника на вал и ее сматывание, вследствие чего длина подвеса маятника изменяется по периодическому закону. Закрепленный на спице и отклоняющийся вместе с маятником датчик угла служит для измерения угла отклонения маятника от положения равновесия и передачи результатов измерений на микроконтроллер. Таким образом, установка позволяет демонстрировать явления, вызванные внешним периодическим воздействием на энергетические параметры колебательной механической системы.This problem is solved due to the presence of a stepper motor controlled by a microcontroller in the installation, which rotates the shaft around its own axis, alternately winding the pendulum thread on the shaft and winding it, as a result of which the suspension length of the pendulum changes according to a periodic law. The angle sensor fixed on the spoke and deflected together with the pendulum serves to measure the angle of deflection of the pendulum from the equilibrium position and transfer the measurement results to the microcontroller. Thus, the installation makes it possible to demonstrate the phenomena caused by an external periodic effect on the energy parameters of an oscillatory mechanical system.

Результатом, который обеспечивается приведенной совокупностью признаков, является расширение демонстрационных возможностей, удобство и простота установки для проведения лабораторных работ, связанных с механическими колебаниями, что весьма важно для учебных заведений, где в опытах участвуют как преподаватели, так и студенты.The result, which is provided by the given set of features, is the expansion of demonstration capabilities, convenience and ease of installation for laboratory work associated with mechanical vibrations, which is very important for educational institutions where both teachers and students participate in experiments.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Полезная модель поясняется чертежами. Чертежи представлены в объеме, достаточном для понимания полезной модели специалистами, и ни в какой мере не ограничивают объема полезной модели.The utility model is illustrated by drawings. The drawings are presented in a volume sufficient for the understanding of the utility model by specialists, and in no way limit the scope of the utility model.

На фиг. 1 изображена установка для демонстрации явлений вызванных внешним периодическим воздействием на энергетические параметры колебательной механической системы.FIG. 1 shows a setup for demonstrating the phenomena caused by external periodic impact on the energy parameters of an oscillatory mechanical system.

На фиг. 2 изображен блок управления 7.FIG. 2 shows the control unit 7.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Установка для демонстрации явлений, вызванных внешним периодическим воздействием на энергетические параметры колебательной механической системы, включает в себя математический маятник 1, подвешенный на вал 2. Нить маятника переброшена через спицу 3, ограничивающую перемещение точки подвеса маятника. На спице закреплен отклоняющийся вместе с маятником, датчик угла 4, измеряющий угол отклонения маятника от положения равновесия. Результаты измерений, передаются по проводам на микроконтроллер 6. Вал жестко связан с ротором шагового двигателя 5, задающего угол поворота вала вокруг собственной оси. Шаговый двигатель посредством проводов соединен электрически с микроконтроллером и управляется им. Шаговый двигатель и микроконтроллер расположены внутри блока управления 7. Вся конструкция устойчиво удерживается на раме 8.The installation for demonstrating the phenomena caused by external periodic impact on the energy parameters of an oscillatory mechanical system includes a mathematical pendulum 1 suspended on a shaft 2. The pendulum thread is thrown through a spoke 3, which limits the movement of the suspension point of the pendulum. On the spoke, an angle sensor 4, which deviates together with the pendulum, is fixed, which measures the angle of deflection of the pendulum from the equilibrium position. The measurement results are transmitted via wires to the microcontroller 6. The shaft is rigidly connected to the rotor of the stepper motor 5, which sets the angle of rotation of the shaft around its own axis. The stepper motor is electrically connected by wires to the microcontroller and controlled by it. The stepper motor and microcontroller are located inside the control unit 7. The whole structure is stably held on the frame 8.

Установка работает следующим образом: математический маятник, отклоняясь от вертикали, совершает свободные колебания. Датчик угла регистрирует угол отклонения маятника. Микроконтроллер посредством ротора шагового двигателя управляет наматыванием нити маятника на вал, уменьшая длину его подвеса при движении маятника к положению равновесия и увеличивая его длину при отклонении от положения равновесия. Таким образом, обеспечивается увеличение амплитуды колебаний математического маятника, демонстрирующее явление резонанса.The installation works as follows: a mathematical pendulum, deviating from the vertical, makes free oscillations. An angle sensor registers the deflection angle of the pendulum. The microcontroller, by means of the stepper motor rotor, controls the winding of the pendulum thread on the shaft, reducing the length of its suspension when the pendulum moves to the equilibrium position and increasing its length when it deviates from the equilibrium position. Thus, an increase in the amplitude of oscillations of the mathematical pendulum is provided, demonstrating the phenomenon of resonance.

Достоинством предлагаемой установки является измерение угла отклонения математического маятника от положения равновесия, возможность управления движением маятника с помощью управления его длиной подвеса, а также простота конструкции и ее малые габариты. Демонстрационные возможности установки могут быть использованы для проведения лабораторных работ при изучении механических колебаний, например при построении графика зависимости угла отклонения маятника от времени.The advantage of the proposed installation is the measurement of the angle of deviation of the mathematical pendulum from the equilibrium position, the ability to control the movement of the pendulum by controlling its suspension length, as well as the simplicity of the design and its small dimensions. Demonstration capabilities of the installation can be used for laboratory work in the study of mechanical vibrations, for example, when plotting the dependence of the angle of deflection of the pendulum on time.

Claims (1)

Установка для демонстрации явлений, вызванных внешним периодическим воздействием на энергетические параметры колебательной механической системы, характеризующаяся тем, что включает в себя микроконтроллер, электрически соединенный с шаговым двигателем, ротор которого жестко соединен с валом, на который подвешен маятник, переброшенный через спицу, располагающуюся параллельно валу, к спице прикреплен датчик угла, подключенный к микроконтроллеру, вся конструкция устойчиво удерживается при помощи рамы, при этом шаговый двигатель и микроконтроллер расположены внутри блока управления.Installation for demonstration of phenomena caused by external periodic impact on the energy parameters of an oscillatory mechanical system, characterized by the fact that it includes a microcontroller electrically connected to a stepper motor, the rotor of which is rigidly connected to the shaft, on which the pendulum is suspended, thrown over a spoke located parallel to the shaft , an angle sensor is attached to the spoke, connected to the microcontroller, the whole structure is stably held by a frame, while the stepper motor and the microcontroller are located inside the control unit.
RU2021115441U 2021-05-31 2021-05-31 PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY EXTERNAL PERIODIC IMPACT ON THE ENERGY PARAMETERS OF A VIBRATORY MECHANICAL SYSTEM RU206534U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115441U RU206534U1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY EXTERNAL PERIODIC IMPACT ON THE ENERGY PARAMETERS OF A VIBRATORY MECHANICAL SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115441U RU206534U1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY EXTERNAL PERIODIC IMPACT ON THE ENERGY PARAMETERS OF A VIBRATORY MECHANICAL SYSTEM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU206534U1 true RU206534U1 (en) 2021-09-15

Family

ID=77746251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021115441U RU206534U1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY EXTERNAL PERIODIC IMPACT ON THE ENERGY PARAMETERS OF A VIBRATORY MECHANICAL SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU206534U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040115594A1 (en) * 2002-10-18 2004-06-17 Schoendorff Arthur Joseph Teaching apparatus for mechanics principles
KR20060042475A (en) * 2004-11-09 2006-05-15 신승엽 Experimentation apparatus of pendulums and resonance
RU185136U1 (en) * 2018-08-08 2018-11-22 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ EDUCATIONAL INSTRUMENT ON THEORETICAL MECHANICS
RU200328U1 (en) * 2020-07-15 2020-10-16 Акционерное Общество "Центр Прикладной Физики Мгту Им. Н.Э. Баумана" PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY HARMONIC FORCED FORCE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040115594A1 (en) * 2002-10-18 2004-06-17 Schoendorff Arthur Joseph Teaching apparatus for mechanics principles
KR20060042475A (en) * 2004-11-09 2006-05-15 신승엽 Experimentation apparatus of pendulums and resonance
RU185136U1 (en) * 2018-08-08 2018-11-22 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ EDUCATIONAL INSTRUMENT ON THEORETICAL MECHANICS
RU200328U1 (en) * 2020-07-15 2020-10-16 Акционерное Общество "Центр Прикладной Физики Мгту Им. Н.Э. Баумана" PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY HARMONIC FORCED FORCE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN204759842U (en) Laser scanning method simple harmonic vibration sine curve demonstration appearance
Alonso et al. Hysteresis phenomena in transverse galloping of triangular cross-section bodies
RU206534U1 (en) PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY EXTERNAL PERIODIC IMPACT ON THE ENERGY PARAMETERS OF A VIBRATORY MECHANICAL SYSTEM
RU200328U1 (en) PLANT FOR DEMONSTRATION OF PHENOMENA CAUSED BY HARMONIC FORCED FORCE
RU132914U1 (en) DEVICE FOR DEMONSTRATION AND RESEARCH OF FORCED Oscillations with inertial disturbance
Al-Azzawi Physical optics: principles and practices
RU185091U1 (en) EDUCATIONAL INSTALLATION FOR STUDYING RADIAL OSCILLATIONS OF A CYLINDRICAL SHELL
CN202003547U (en) Coriolis force demonstration instrument
CN103310687A (en) Forced-vibration damping pendulum
CN104658383B (en) Suspension cable Parametric excitation demonstrating experiment device and its application method
CN101303810A (en) Instrument for real time demonstrating simple pendulum oscillation
CN203706515U (en) Simple harmonic vibration demonstration instrument
CN204440759U (en) Suspension cable Parametric excitation demonstrating experiment device
CN102622928B (en) Nonlinear buoyancy chaotic experiment device
Bernhard Mechanical Vibrations-Theory and Application-An Introduction to Practical Dynamic Engineering Problems in the Structural Field
Monteiro et al. Mobile Devices and Sensors for Physics Teaching
RU2663008C1 (en) Training device
RU2309462C1 (en) Device for studying laws of rotary movement
CN201638423U (en) Real-time single pendulum oscillation demonstrating instrument
CN103884416A (en) Device and method for measuring amplitude of output end of ultrasonic acoustic system
Suchatpong et al. Photogate sensor for compound physical pendulum experiments
CN205192716U (en) Single degree of freedom vibrates experimental apparatus
RU170853U1 (en) DEVICE FOR DEMONSTRATION AND RESEARCH OF FREE PHYSICAL PENDULUM OSCILLATIONS
RU206727U1 (en) DEVICE FOR DEMONSTRATION OF MUTUALLY PERPENDICULAR VIBRATIONS
CN207249968U (en) A kind of centripetal force demonstrator