RU206727U1

RU206727U1 - DEVICE FOR DEMONSTRATION OF MUTUALLY PERPENDICULAR VIBRATIONS

Info

Publication number: RU206727U1
Application number: RU2021111773U
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич Морозов; Борис Георгиевич Скуйбин; Арсений Владимирович Жуков; Сергей Павлович Барышников; Евгений Александрович Шевченко; Максим Сергеевич Рябоконь; Алексей Павлович Титов; Арина Геннадьевна Попова; Георгий Алексеевич Малышев; Анна Сергеевна Сырчина; Александр Евгеньевич Плотников
Original assignee: Акционерное Общество "Центр Прикладной Физики Мгту Им. Н.Э. Баумана"
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Заявленное техническое решение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть широко использовано в экспериментах по демонстрации сложения колебаний во взаимно перпендикулярных направлениях с образованием фигур Лиссажу.Результатом, который обеспечивается приведенной совокупностью признаков, является расширение демонстрационных возможностей, удобство и простота установки для проведения лабораторных работ, связанных с явлением сложения колебаний в перпендикулярных направлениях, что важно для учебных заведений, где в опытах участвуют как преподаватели, так и студенты.Данная задача решается за счет того, что с помощью звукового сигнала, являющегося суммой двух отличающихся по частоте гармонических колебаний, демонстрирующему устройству в виде плоского зеркала, закрепленного на мембране, задается характерное колебательное движение. Зеркало освещается лучом лазера, который жестко закреплен и не изменяет направления луча. Таким образом, зеркало совершает колебательные движения, поворачиваясь вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, проходящих через точку закрепления зеркала. Колебания, задаваемые при помощи звуковых волн, происходят с различной частотой и приводят к отклонению луча лазера. Получаемая на экране фигура является результатом колебательного процесса, с заданными частотами в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и демонстрирует фигуры Лиссажу. 1 ил.The claimed technical solution relates to teaching aids, in particular to teaching devices in physics, and can be widely used in experiments to demonstrate the addition of oscillations in mutually perpendicular directions with the formation of Lissajous figures. and ease of installation for laboratory work related to the phenomenon of addition of oscillations in perpendicular directions, which is important for educational institutions where both teachers and students participate in experiments. differing in frequency of harmonic oscillations, a characteristic oscillatory motion is given to a device in the form of a flat mirror fixed on a membrane. The mirror is illuminated by a laser beam, which is rigidly fixed and does not change the direction of the beam. Thus, the mirror makes oscillatory movements, turning around two mutually perpendicular axes passing through the mirror fixing point. The vibrations generated by the sound waves occur at different frequencies and lead to the deflection of the laser beam. The figure obtained on the screen is the result of an oscillatory process, with given frequencies in two mutually perpendicular directions, and demonstrates the Lissajous figures. 1 ill.

Description

Область техникиTechnology area

Заявленное техническое решение относится к средствам обучения, в частности к учебным приборам по физике, и может быть широко использовано в экспериментах по демонстрации сложения колебаний во взаимно перпендикулярных направлениях с образованием фигур Лиссажу.The claimed technical solution relates to teaching aids, in particular to teaching devices in physics, and can be widely used in experiments to demonstrate the addition of oscillations in mutually perpendicular directions with the formation of Lissajous figures.

Уровень техникиState of the art

Из существующего уровня техники известно устройство (патент SU 1529274 A1, "Устройство для демонстрации фигур Лиссажу", Бабищевич М.Г., G09B 23/06, 1989.12.15), демонстрирующее такие явления, как оптическая запись колебаний, сложение колебаний в перпендикулярных направлениях, развертка колебаний. Недостатком данного устройства является наличие различных электронных, магнитоэлектрических и оптических элементов, что обуславливает сложность конструкции, громоздкость и высокую стоимость, затрудняет эксплуатацию и снижает демонстрационные возможности.A device is known from the state of the art (patent SU 1529274 A1, "Device for demonstrating Lissajous figures", Babishchevich MG, G09B 23/06, 1989.12.15), demonstrating such phenomena as optical recording of vibrations, addition of vibrations in perpendicular directions , vibration sweep. The disadvantage of this device is the presence of various electronic, magnetoelectric and optical elements, which causes the complexity of the design, bulkiness and high cost, complicates the operation and reduces the demonstration capabilities.

Известен учебный прибор, который позволяет демонстрировать сложение колебаний в перпендикулярных направлениях (патент SU 1688276 A1 "Демонстрационное устройство колебательных и волновых явлений в физике", Набитович И.Д., G09B 23/22, 1991.10.30). Недостатком данного устройства является наличие электромеханических систем внутри установки, что усложняет конструкцию, увеличивает стоимость устройства и его габариты, затрудняет эксплуатацию.Known training device that allows you to demonstrate the addition of oscillations in perpendicular directions (patent SU 1688276 A1 "Demonstration device of oscillatory and wave phenomena in physics", Nabitovich ID, G09B 23/22, 1991.10.30). The disadvantage of this device is the presence of electromechanical systems inside the installation, which complicates the design, increases the cost of the device and its dimensions, and complicates the operation.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of a utility model

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании простой, малогабаритной установки, позволяющей демонстрировать явление сложения колебаний во взаимно перпендикулярных направлениях с образованием фигур Лиссажу.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 addition of oscillations in mutually perpendicular directions with the formation of Lissajous figures.

Данная задача решается за счет того, что с помощью звукового сигнала, являющегося суммой двух отличающихся по частоте гармонических колебаний, демонстрирующему устройству в виде плоского зеркала, закрепленного на мембране, задается характерное колебательное движение. Зеркало освещается лучом лазера, который жестко закреплен и не изменяет направления луча. Таким образом, зеркало совершает колебательные движения, поворачиваясь вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, проходящих через точку закрепления зеркала. Колебания, задаваемые при помощи звуковых волн, происходят с различной частотой и приводят к отклонению луча лазера. Получаемая на экране фигура является результатом колебательного процесса, с заданными частотами в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и демонстрирует фигуры Лиссажу. Применяемое техническое решение позволяет значительно удешевить и упростить, а также существенно расширить демонстрационные возможности, связанные с данным физическим явлением.This problem is solved due to the fact that with the help of a sound signal, which is the sum of two harmonic oscillations differing in frequency, a characteristic oscillatory motion is given to a device in the form of a flat mirror fixed on a membrane. The mirror is illuminated by a laser beam, which is rigidly fixed and does not change the direction of the beam. Thus, the mirror makes oscillatory movements, turning around two mutually perpendicular axes passing through the mirror fixing point. The vibrations generated by the sound waves occur at different frequencies and lead to the deflection of the laser beam. The figure obtained on the screen is the result of an oscillatory process, with given frequencies in two mutually perpendicular directions, and demonstrates the Lissajous figures. The applied technical solution makes it possible to significantly reduce the cost and simplify, as well as significantly expand the demonstration capabilities associated with this physical phenomenon.

Результатом, который обеспечивается приведенной совокупностью признаков, является расширение демонстрационных возможностей, удобство и простота установки для проведения лабораторных работ, связанных с явлением сложения колебаний в перпендикулярных направлениях, что 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 related to the phenomenon of addition of oscillations in perpendicular directions, which is 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. На чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.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. In the drawings, like elements are designated with like reference numbers.

На фиг. 1 показана блок схема основных элементов установки.FIG. 1 shows a block diagram of the main elements of the installation.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Установка для демонстрации взаимно перпендикулярных колебаний, включает в себя динамик 1, задающий колебательное движение мембраны 2, соединенной с корпусом 8. На поверхности упругой пластины 2, в заданной точке, закреплено плоское зеркало 3, направляющее излучение лазера 4, закрепленного на штативе 6, на экран 7, зафиксированный на штативе 9; вся конструкция устойчиво удерживается при помощи рамы 5, расположенной в основании корпуса.The installation for demonstrating mutually perpendicular vibrations includes a speaker 1 that sets the vibrational motion of the membrane 2 connected to the body 8. On the surface of the elastic plate 2, at a given point, a flat mirror 3 is fixed, directing the radiation of the laser 4, mounted on a tripod 6, on screen 7, fixed on a tripod 9; the whole structure is stably held by a frame 5 located at the base of the body.

Устройство работает следующим образом: с помощью динамика 1 на мембрану 2 производится подача звукового сигнала, являющегося суммой двух отличающихся по частоте гармонических колебаний, что позволяет задавать характер колебательного движения мембраны. На мембране закреплено зеркало 3. Зеркало освещается лучом лазера 4, который жестко закреплен на штативе 6 и не изменяет направления луча. Таким образом, зеркало 3 совершает колебательные движения, поворачиваясь вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, проходящих через точку закрепления зеркала. Колебания происходят с различными частотами, задаваемыми соответствующими звуковыми сигналами, что позволяет вызывать отклонение луча лазера 4. Получаемая на жестко фиксированном штативом 9 экране 7 фигура является результатом колебательного процесса, составленного из гармонических колебаний с заданными частотами в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет демонстрировать фигуры Лиссажу.The device works as follows: with the help of the speaker 1, a sound signal is supplied to the membrane 2, which is the sum of two harmonic oscillations differing in frequency, which makes it possible to set the nature of the oscillatory movement of the membrane. A mirror 3 is fixed on the membrane. The mirror is illuminated by a laser beam 4, which is rigidly fixed on a tripod 6 and does not change the direction of the beam. Thus, the mirror 3 performs oscillatory movements, turning around two mutually perpendicular axes passing through the point of attachment of the mirror. Oscillations occur with different frequencies, set by the corresponding sound signals, which allows you to cause a deflection of the laser beam 4. The figure obtained on the screen 7, which is rigidly fixed by the tripod 9, is the result of an oscillatory process composed of harmonic oscillations with given frequencies in two mutually perpendicular directions, which makes it possible to demonstrate figures Lissajous.

Достоинством предлагаемой установки является: возможность наглядной демонстрации явления сложений колебаний во взаимно перпендикулярных направлениях с образованием фигур Лиссажу, простота конструкции обеспечивает повышение надежности и значительное уменьшение габаритов, в сравнении с существующими аналогами, что позволяет сделать устройство более безопасным и удобным в использовании. Предлагаемое техническое решение может использоваться, как при проведении лабораторных работ, так и во время лекционных занятий, связанных с изучением явлений колебательного движения, для построения фигур Лиссажу.The advantage of the proposed installation is: the possibility of a visual demonstration of the phenomenon of additions of oscillations in mutually perpendicular directions with the formation of Lissajous figures, the simplicity of the design provides an increase in reliability and a significant reduction in dimensions, in comparison with existing analogues, which makes the device safer and more convenient to use. The proposed technical solution can be used both during laboratory work and during lectures related to the study of the phenomena of oscillatory motion to build Lissajous figures.

Claims

An installation for demonstrating mutually perpendicular vibrations, characterized in that it includes a body in the form of a frame located at the base, inside of which there is a speaker that sets the vibrational motion of the membrane connected to the body, on which a flat mirror is placed, capable of vibrational movements, turning around two mutually perpendicular axes passing through the point of attachment of the mirror, and reflecting the laser beam, rigidly fixed to the body with a tripod, onto a screen, held with a tripod on the body.