RU2460146C1

RU2460146C1 - Set for demonstrating laws of mechanics (versions), hermetically sealed magnetic sensor and device for determining instantaneous speed of body thrown horizontally

Info

Publication number: RU2460146C1
Application number: RU2011115162/12A
Authority: RU
Inventors: Олег Александрович Поваляев (RU); Олег Александрович Поваляев; Альберт Юрьевич Цуцких (RU); Альберт Юрьевич Цуцких
Original assignee: Олег Александрович Поваляев
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2012-08-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: mechanical bench has the shape of a trough with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of its side flap. A solid body with a positioned magnet and at least one element for connecting a measuring tool is meant for mounting on the bench. Magnetically controlled magnetic contacts are meant for mounting on the side flap of the trough. The housing of the magnetic contact consists of a support part and a bearing part. A magnet is mounted on the support part, where said magnet interacts with the longitudinal magnetic strip when mounting the sensor on the bench. The structure of the support part is such that it facilitates stable positioning of the sensor relative the mechanical bench during installation thereof on the longitudinal magnetic strip. The bearing part of the housing of the sensor is in form of a capsule which houses a hermetic contact in its inner axial cavity.

EFFECT: easier use of the set and high quality of experiments, while obtaining results of the highest accuracy.

24 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к учебному пособию, которое может быть использовано для демонстрации законов механики преимущественно при выполнении экспериментальных заданий, включенных в контрольные измерительные материалы, используемые при Государственной итоговой аттестации по физике выпускников основной школы, а также для подготовки к аттестации. Комплект может быть использован также для проведения лабораторных работ при изучении раздела "Механика" курса физики в условиях общеобразовательных учебных заведений.The invention relates to a training manual that can be used to demonstrate the laws of mechanics mainly when performing experimental tasks included in the control measuring materials used in the State final certification in physics of graduates of a primary school, as well as in preparation for certification. The kit can also be used for laboratory work in the study of the "Mechanics" section of the physics course in general educational institutions.

Известно устройство для изучения законов механики, содержащее беговую дорожку (механическую скамью) с линейной шкалой, брусок, имеющий боковой выступ с магнитной вставкой, секундомер со спаренными магнитоуправляемыми датчиками, грузы с подвесными крючками, динамометр, шарик, разборный штатив, цилиндрическую пружину с крючками на концах, рычаг с рядом равномерно продольно расположенных отверстий. Составные части устройства помещены в корпус с крышкой, выполненный в виде пенала, внутренняя полость которого снабжена ложементами для размещения частей устройства, При изучении законов трения используют брусок и крышку, поверхности которой имеют различные коэффициенты трения. При проведении опытов с шариком используют беговую дорожку, устанавливая ее под необходимым углом наклона (патент RU 2204865). При изучении законов трения к бруску подсоединяют динамометр и, перемещая брусок по наклонной поверхности крышки, определяют силу тяги. При этом положение бруска на поверхности крышки при его перемещении является неконтролируемым, т.к. не имеет каких-либо ограничений в поперечном направлении. Для измерения скорости неравномерного движения дополнительно используют секундомер со спаренными магнитоуправляемыми датчиками. При прохождении бруска мимо датчиков магнитная вставка в выступе бруска замыкает их, а секундомер фиксирует время перемещения бруска. В известном устройстве не предусмотрены такие средства, которые обеспечили бы четкое позиционирование положения датчиков относительно поверхности крышки, по которой перемещается брусок, и, следовательно, относительно и самого бруска. Указанные выше недостатки могут привести к некачественному проведению опытов, экспериментов и получению неточных результатов.A device for studying the laws of mechanics is known, comprising a treadmill (mechanical bench) with a linear scale, a bar having a lateral protrusion with a magnetic insert, a stopwatch with paired magnetically controlled sensors, loads with hanging hooks, a dynamometer, a ball, a collapsible tripod, a coil spring with hooks on ends, a lever with a series of evenly spaced holes. The component parts of the device are placed in a case with a cover made in the form of a pencil case, the internal cavity of which is equipped with lodgements for placing parts of the device. When studying the laws of friction, a block and a cover are used, the surfaces of which have different friction coefficients. When conducting experiments with a ball, a treadmill is used, setting it at the required angle of inclination (patent RU 2204865). When studying the laws of friction, a dynamometer is connected to the bar and, moving the bar along the inclined surface of the lid, the traction force is determined. Moreover, the position of the bar on the surface of the lid during its movement is uncontrolled, because does not have any restrictions in the transverse direction. To measure the speed of uneven movement, an additional stopwatch with magnetically coupled sensors is additionally used. When the bar passes the sensors, the magnetic insert in the ledge of the bar closes them, and the stopwatch fixes the time the bar moves. The known device does not provide such means that would ensure clear positioning of the position of the sensors relative to the surface of the lid, on which the bar moves, and, therefore, relative to the bar itself. The above disadvantages can lead to poor-quality experiments, experiments and inaccurate results.

Известно учебное пособие для изучения законов механики, содержащее беговую дорожку, выполненную в виде двутаврового желоба с мерной шкалой и продольными магнитными полосками. Внутри желоба установлена на перемычке перемещающаяся каретка с флажками, боковыми вращающимися фиксаторами и магнитными полосками на ее основании. Учебное пособие включает также датчики положения каретки, стартовое устройство, буфер, указатель, транспортир, цифровой командно-измерительный блок, набор грузов различной массы, груз, выполненный в виде пластины с отверстиями для закрепления на флажках каретки, брусок с отверстиями. Стартовое устройство включает платформу, основание которой снабжено магнитными вставками, гнездами на лицевой стороне платформы, держателем, на котором закреплен электромагнит с сердечником, обмоткой и пружиной. Электромагнит снабжен штекерами или разъемом и гнездами для подключения к источнику питания и цифровому командно-измерительному блоку и блочным разъемам. Для определения положения каретки используют оптоэлектрический датчик, корпус которого закреплен на плате, имеющей магнитные вставки. Корпус датчика имеет отверстия для размещения оптических элементов-диодов и отверстие для размещения оптического элемента -светодиода, при этом все оптические элементы взаимодействуют с цифровым командно-измерительным блоком, платформой с успокоителем и элементами закрепления отвесов, шкивом и перекинутым через него тросом с набором грузов (патент RU 2314571). Так же, как и в предыдущем устройстве, в данном пособии не решен вопрос ограничения возможности значительного смещения каретки в поперечном направлении, что может приводить к неточным результатам проводимых опытов и экспериментов. Использование оптоэлектрического датчика и сопутствующих ему узлов в качестве средства определения положения каретки усложняет как само пособие, так и условия его эксплуатации, а также из-за недостаточно малого времени срабатывания не позволяет получить максимально точные результаты измерения.Known textbook for studying the laws of mechanics, containing a treadmill, made in the form of an I-beam with a graduated scale and longitudinal magnetic strips. A moving carriage with flags, side rotating latches and magnetic strips at its base is installed on the jumper inside the gutter. The training manual also includes carriage position sensors, a starting device, a buffer, a pointer, a protractor, a digital command and measuring unit, a set of loads of various weights, a load made in the form of a plate with holes for fastening on the carriage flags, a bar with holes. The starting device includes a platform, the base of which is equipped with magnetic inserts, sockets on the front side of the platform, a holder on which an electromagnet with a core, a winding and a spring is fixed. The electromagnet is equipped with plugs or a connector and sockets for connecting to a power source and a digital command and measurement unit and block connectors. To determine the position of the carriage, an optoelectric sensor is used, the housing of which is mounted on a board with magnetic inserts. The sensor housing has openings for accommodating optical elements-diodes and an opening for accommodating an optical element-LED, while all optical elements interact with a digital command and measuring unit, a platform with a damper and elements for securing plumb lines, a pulley and a cable thrown over it with a set of loads ( patent RU 2314571). As in the previous device, this manual did not solve the issue of limiting the possibility of significant displacement of the carriage in the transverse direction, which can lead to inaccurate results of experiments. The use of an optoelectric sensor and its accompanying nodes as a means of determining the position of the carriage complicates both the manual itself and the conditions of its operation, and also due to the insufficiently short response time it does not allow to obtain the most accurate measurement results.

Ближайшим аналогом к заявляемому объекту является устройство для проведения лабораторных работ, содержащее магнитное основание, беговую дорожку в виде желоба со стенками, линейной шкалой и продольной магнитной полосой, каретку с глухими отверстиями, секундомер, датчики, разборный штатив, грузы, динамометр, рычаг с продольно расположенными отверстиями, шарик. Беговая дорожка снабжена боковой горизонтальной продольной полкой, примыкающей к одной из стенок желоба. Внешняя сторона основания желоба основной беговой дорожки снабжена дополнительной беговой дорожкой, выполненной в виде двух параллельных вертикальных направляющих, двумя вертикальными ребрами, расположенными по разные стороны от дополнительной беговой дорожки, вертикальные направляющие выполнены меньшей высотой, чем высота вертикальных ребер. Каретка снабжена двумя зацепами и плоским боковым выступом с магнитной вставкой на его верхней стороне. Грузы выполнены в виде параллелепипедов с торцевыми зацепами, при этом на нижней плоскости основания груза выполнен цилиндрический фиксатор, сопрягаемый с глухим отверстием каретки. Секундомер снабжен разъемом для присоединения спаренных датчиков, выполненных в виде нормально разомкнутого магнитоуправляемого контакт-геркона, устанавливаемого на магнитной полосе беговой дорожки. Устройство снабжено пластиковой коробкой, внутри которой установлен пластиковый вкладыш с ложементами, соответствующими профилю укладываемых элементов устройства (патент RU 2376647).The closest analogue to the claimed object is a device for laboratory work, containing a magnetic base, a treadmill in the form of a groove with walls, a linear scale and a longitudinal magnetic strip, a carriage with blind holes, a stopwatch, sensors, collapsible tripod, loads, a dynamometer, a lever with a longitudinal spaced holes, ball. The treadmill is equipped with a horizontal lateral longitudinal shelf adjacent to one of the walls of the gutter. The outer side of the base of the trough of the main treadmill is equipped with an additional treadmill made in the form of two parallel vertical guides, two vertical ribs located on opposite sides of the additional treadmill, the vertical guides are made smaller than the height of the vertical ribs. The carriage is equipped with two hooks and a flat side ledge with a magnetic insert on its upper side. The weights are made in the form of parallelepipeds with end hooks, while on the lower plane of the base of the load there is a cylindrical retainer mating with the blind hole of the carriage. The stopwatch is equipped with a connector for connecting paired sensors made in the form of a normally open magnetically controlled contact reed switch mounted on the magnetic strip of the treadmill. The device is equipped with a plastic box, inside of which a plastic insert with lodges is installed, corresponding to the profile of the stacked elements of the device (patent RU 2376647).

В этом же патенте показана конструкция датчика, состоящего из корпуса с магнитом, служащим для взаимодействия с магнитной полосой, закрепляемой на беговой дорожке, и расположенного внутри корпуса геркона.The same patent shows the design of the sensor, consisting of a housing with a magnet, which serves to interact with the magnetic strip fixed on the treadmill, and located inside the reed switch housing.

Кроме того, в патенте показана возможность использования одного из узлов устройства в качестве приспособления для изучения движения тела, брошенного горизонтально. С этой целью на беговой дорожке выполнен трамплин, выполненный за одно целое с беговой дорожкой. Трамплин базируется на свободных концах двух вертикальных направляющих дополнительной беговой дорожки, выполненной зацело с основной дорожкой. На дополнительную беговую дорожку устанавливают стальной шарик. При движении по вертикальным направляющим шарик вначале набирает скорость, а потом переходит в горизонтальное движение в зоне трамплина и, отрываясь от него, падает в сторону контактно-чувствительного экрана. Измеряя дальность полета шарика и высоту падения, ориентируясь на точку падения на экране, определяют расчетные зависимости.In addition, the patent shows the possibility of using one of the nodes of the device as a device for studying the movement of a body thrown horizontally. For this purpose, a springboard is made on the treadmill, made in one piece with the treadmill. The springboard is based on the free ends of two vertical guides of the additional treadmill, made integrally with the main track. A steel ball is mounted on an additional treadmill. When moving along vertical guides, the ball initially gains speed, and then goes into horizontal movement in the area of the springboard and, breaking away from it, falls toward the contact-sensitive screen. Measuring the range of the ball and the height of the fall, focusing on the point of incidence on the screen, determine the calculated dependencies.

В известном устройстве возможность значительного смещения каретки в поперечном направлении, при движении ее по беговой дорожке, ограничена боковыми бортами беговой дорожки, с которыми соприкасаются боковые стороны каретки. Однако, поскольку соприкосновение боковых сторон каретки и боковых бортов дорожки происходит по поверхности (т.е. каждая боковая сторона каретки всей своей поверхностью взаимодействует с поверхностью соответствующего борта беговой дорожки), то на каретку действует значительная сила трения, которая тормозит движение каретки, нарушает равномерность ее перемещения и тем самым препятствует получению максимально точных результатов при демонстрации законов механики. Кроме того, отсутствие в конструкции датчиков элементов, обеспечивающих их точное стабильное положение относительно беговой дорожки, будет приводить к смещению датчиков в процессе проведения опыта, что также отрицательно скажется на его результатах. Конструктивное выполнение той части корпуса датчика, в которой расположен геркон, обеспечивает качественный прием сигнала только с одной из сторон корпуса, вследствие чего ограничиваются возможности использования датчика при различных демонстрационных опытах.In the known device, the possibility of a significant displacement of the carriage in the transverse direction, when moving along the treadmill, is limited by the lateral sides of the treadmill, with which the sides of the carriage are in contact. However, since the sides of the carriage and the sides of the track come into contact on the surface (i.e., each side of the carriage interacts with its entire surface with the surface of the corresponding bead of the treadmill), the carriage is subject to considerable frictional force, which slows down the movement of the carriage and violates uniformity its movement and thereby prevents the obtaining of the most accurate results when demonstrating the laws of mechanics. In addition, the lack of elements in the design of the sensors that ensure their exact stable position relative to the treadmill will lead to displacement of the sensors during the experiment, which will also negatively affect its results. The constructive implementation of the part of the sensor housing in which the reed switch is located provides high-quality signal reception from only one side of the housing, as a result of which the possibilities of using the sensor for various demonstration experiments are limited.

Особенности выполнения беговой дорожки известного устройства, обусловленные необходимостью размещения на ней трамплина, значительно усложняют конструктивное выполнение дорожки и технологию ее изготовления. При этом герконовые датчики, которые являются составной частью известного устройства, не могут, однако, быть использованы при изучении движения тела, брошенного горизонтально, в силу конструктивного выполнения беговой дорожки, не позволяющего разместить датчики в доступной зоне, а также из-за примененной формы движущегося тела - шарика, - которая не позволяет монтировать на движущемся теле позиционированный магнит из-за нестабильного положения шара во время движения. Использование такого тела (шарика) для определения мгновенной скорости тела, брошенного горизонтально, делает процесс определения, сопровождающийся вышеуказанными измерениями дальности полета шарика и высоты его падения, трудоемким и неточным.Features of the treadmill of the known device, due to the need to place a springboard on it, greatly complicate the design of the track and its manufacturing technology. At the same time, reed switches, which are an integral part of the known device, cannot, however, be used to study the motion of a body thrown horizontally, due to the constructive design of the treadmill, which does not allow the sensors to be placed in an accessible area, and also because of the applied shape of the moving body - a ball - which does not allow a positioned magnet to be mounted on a moving body due to the unstable position of the ball during movement. The use of such a body (ball) to determine the instantaneous speed of a body thrown horizontally makes the determination process, which is accompanied by the above measurements of the ball's flight range and height of its fall, time-consuming and inaccurate.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по созданию универсального учебного комплекта, который позволил бы проводить опыты и демонстрационные эксперименты по различным темам раздела "Механика" курса физики.The claimed invention is aimed at solving the problem of creating a universal training kit, which would allow to conduct experiments and demonstration experiments on various topics of the "Mechanics" section of the physics course.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, - это повышение удобства в пользовании комплектом и повышение качества проведения опытов и экспериментов с получением максимально точных результатов, а также расширение демонстрационных возможностей за счет создания универсального учебного комплекта, обеспечивающего наглядную демонстрацию большинства эффектов, связанных с разделом физики «Механика».The technical result that can be achieved by carrying out the invention is to increase the usability of the kit and improve the quality of experiments and experiments with obtaining the most accurate results, as well as expanding the demonstration capabilities by creating a universal training kit that provides a clear demonstration of most effects related with the physics section "Mechanics".

Для достижения указанного технического результата предлагается, в соответствии с одним из вариантов выполнения, комплект для демонстрации законов механики, содержащий механическую (направляющую) скамью в форме желоба с продольной магнитной полосой на наружной поверхности его бокового борта, твердое тело с позиционированным магнитом и, по меньшей мере, одним элементом для подсоединения к нему измерительного средства, выполненное с возможностью установки в скамье и перемещения вдоль нее, магнитоуправляемые герконовые датчики, каждый из которых включает корпус с магнитом, служащим для взаимодействия с продольной магнитной полосой на наружной поверхности бокового борта желоба при установке датчика на механической скамье, и расположенный внутри корпуса геркон, набор измерительных средств, включающий динамометры, секундомер, мерный цилиндр, мерный стакан, весы электронные, набор грузов, рычаг-линейку и, по меньшей мере, один пластиковый контейнер с ложементами, выполненными в соответствии с профилями укладываемых элементов комплекта. Поперечное сечение желоба механической скамьи, и/или конфигурация, и/или габариты твердого тела выполнены и выбраны из условия обеспечения линейного контакта твердого тела с боковыми бортами желоба. Корпус герконового датчика состоит из опорной части, на которой закреплен упомянутый магнит и которая выполнена с возможностью обеспечения стабильного позиционирования датчика относительно механической скамьи при установке его на продольной магнитной полосе, и из несущей части в виде капсулы, вытянутой в осевом направлении, замкнутая внутренняя осевая полость которой служит для размещения геркона, при этом упомянутая несущая часть в поперечном сечении имеет конфигурацию, при которой обеспечена возможность стабильного срабатывания геркона при расположении инициирующего магнита с любой точки периметра несущей части.To achieve the technical result, it is proposed, in accordance with one embodiment, a kit for demonstrating the laws of mechanics, comprising a mechanical (guide) bench in the form of a trough with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of its side wall, a solid body with a positioned magnet and, at least at least one element for connecting measuring means to it, made with the possibility of installation in the bench and moving along it, magnetically operated reed sensors, each and which includes a housing with a magnet that serves to interact with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of the side of the gutter when installing the sensor on a mechanical bench, and a reed switch located inside the housing, a set of measuring tools, including dynamometers, stopwatch, measuring cylinder, measuring cup, electronic scales, a set of goods, a lever-ruler and at least one plastic container with lodges made in accordance with the profiles of the stacked elements of the kit. The cross section of the trough of the mechanical bench, and / or the configuration, and / or dimensions of the solid body are made and selected from the condition of ensuring a linear contact of the solid body with the lateral sides of the trough. The housing of the reed switch consists of a supporting part, on which the mentioned magnet is fixed and which is made with the possibility of ensuring stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench when installing it on a longitudinal magnetic strip, and from the supporting part in the form of a capsule elongated in the axial direction, a closed internal axial cavity which serves to accommodate the reed switch, while the said bearing part in cross section has a configuration in which the possibility of stable operation is provided erkona at the location of the initiation of the magnet from any point of the perimeter of the carrier.

В состав комплекта входит приспособление для определения мгновенной скорости тела, брошенного горизонтально.The kit includes a device for determining the instantaneous speed of a body thrown horizontally.

Набор измерительных средств дополнительно включает транспортир, мерную ленту и металлическую линейку, а рычаг-линейка выполнен с навешенными на него, с возможностью перемещения вдоль него, петлями-держателями.The set of measuring tools additionally includes a protractor, a measuring tape and a metal ruler, and the lever-ruler is made with loops-holders hung on it, with the possibility of moving along it.

Комплект содержит разборный штатив.The kit contains a collapsible tripod.

По второму варианту выполнения предлагается комплект для демонстрации законов механики, содержащий механическую (направляющую) скамью в форме желоба с продольной магнитной полосой на наружной поверхности его бокового борта, твердое тело с позиционированным магнитом и, по меньшей мере, одним элементом для подсоединения к нему измерительного средства, выполненное с возможностью установки в скамье и перемещения вдоль нее, магнитоуправляемые герконовые датчики, каждый из которых включает корпус с магнитом, служащим для взаимодействия с продольной магнитной полосой на наружной поверхности бокового борта желоба при установке датчика на механической скамье, и расположенный внутри корпуса геркон, набор измерительных средств и набор грузов. Корпус герконового датчика состоит из опорной части, на которой закреплен упомянутый магнит и которая выполнена с возможностью обеспечения стабильного позиционирования датчика относительно механической скамьи при установке его на продольной магнитной полосе, и из несущей части в виде капсулы, вытянутой в осевом направлении, замкнутая внутренняя осевая полость которой служит для размещения геркона, при этом упомянутая несущая часть в поперечном сечении имеет конфигурацию, при которой обеспечена возможность стабильного срабатывания геркона при расположении инициирующего магнита с любой точки периметра несущей части.According to the second embodiment, a kit for demonstrating the laws of mechanics is proposed, comprising a mechanical (guide) bench in the form of a trough with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of its side wall, a solid body with a positioned magnet and at least one element for connecting measuring means to it made with the possibility of installation in the bench and moving along it, magnetically controlled reed sensors, each of which includes a housing with a magnet, which serves to interact with a native magnetic strip on the outer surface of the side of the gutter when installing the sensor on a mechanical bench, and a reed switch located inside the housing, a set of measuring tools and a set of weights. The housing of the reed switch consists of a supporting part, on which the mentioned magnet is fixed and which is made with the possibility of ensuring stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench when installing it on a longitudinal magnetic strip, and from the supporting part in the form of a capsule elongated in the axial direction, a closed internal axial cavity which serves to accommodate the reed switch, while the said bearing part in cross section has a configuration in which the possibility of stable operation is provided erkona at the location of the initiation of the magnet from any point of the perimeter of the carrier.

Поперечное сечение желоба механической скамьи, и/или конфигурация, и/или габариты твердого тела выполнены и выбраны из условия обеспечения линейного контакта твердого тела, при перемещении его вдоль скамьи, с боковыми бортами желоба.The cross section of the trough of the mechanical bench, and / or the configuration, and / or dimensions of the solid body are made and selected from the condition of ensuring a linear contact of the solid body, when moving it along the bench, with the side sides of the trough.

Набор измерительных средств включает динамометры, секундомер, мерный цилиндр, мерный стакан, весы электронные, транспортир, мерную ленту и металлическую линейку.The set of measuring tools includes dynamometers, stopwatch, measuring cylinder, measuring cup, electronic scales, protractor, measuring tape and a metal ruler.

Комплект включает рычаг-линейку с навешенными на него, с возможностью перемещения вдоль него, петлями-держателями и разборный штатив.The kit includes a ruler with a hinged on it, with the ability to move along it, hinges, holders and a collapsible tripod.

В состав комплекта входит, по меньшей мере, один пластиковый контейнер с ложементами, выполненными в соответствии с профилями укладываемых элементов комплекта.The kit includes at least one plastic container with lodges made in accordance with the profiles of the stacked elements of the kit.

Оба варианта выполнения комплекта дополнительно характеризуются следующими развивающими и уточняющими признаками.Both variants of the kit are additionally characterized by the following developing and clarifying features.

В качестве твердого тела использованы брусок или каретка.As a solid, a block or carriage is used.

Боковые борта желоба изогнуты внутрь желоба таким образом, что свободные продольные края бортов образуют ребро, по которому происходит линейный контакт бруска с боковыми бортами желоба.The lateral sides of the gutter are bent into the gutter so that the free longitudinal edges of the sides form an edge along which the bar contacts linearly with the lateral sides of the gutter.

Наружная поверхность основания желоба ограничена боковыми стенками.The outer surface of the base of the gutter is limited by the side walls.

Возможность стабильного позиционирования датчика относительно механической скамьи обеспечена за счет выполнения на опорной части корпуса датчика ограничительных элементов, расположенных по разные стороны от установленного в опорной части магнита и охватывающих магнитную полосу соответственно с обоих ее продольных торцов при установке датчика на механической скамье.The possibility of stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench is ensured by the implementation on the supporting part of the sensor housing of restrictive elements located on opposite sides of the magnet installed in the supporting part and covering the magnetic strip from both of its longitudinal ends, respectively, when the sensor is installed on the mechanical bench.

Несущая часть корпуса датчика имеет форму цилиндра с кольцеобразным круглым поперечным сечением.The bearing part of the sensor housing is in the form of a cylinder with an annular circular cross section.

В качестве еще одного из объектов изобретения заявляется герконовый датчик к комплекту для демонстрации законов механики, включающий корпус с магнитом, служащим для взаимодействия с магнитной полосой, закрепляемой на несущей скамье, входящей в состав комплекта, и расположенный внутри корпуса геркон. Корпус датчика состоит из опорной части, на которой закреплен упомянутый магнит, и из несущей части. Опорная часть выполнена с возможностью обеспечения стабильного позиционирования датчика (стабильного фиксированного положения датчика) относительно механической скамьи комплекта при установке его на упомянутой магнитной полосе. Несущая часть выполнена в виде капсулы, вытянутой в осевом направлении, замкнутая внутренняя осевая полость которой служит для размещения геркона. Несущая часть в поперечном сечении имеет конфигурацию, при которой обеспечена возможность стабильного срабатывания геркона при расположении инициирующего магнита с любой точки периметра несущей части.As another object of the invention, a reed switch is declared for a kit for demonstrating the laws of mechanics, including a housing with a magnet that serves to interact with a magnetic strip fixed on a carrier bench, which is part of the kit, and a reed switch located inside the housing. The sensor housing consists of a supporting part, on which the mentioned magnet is fixed, and of the supporting part. The supporting part is made with the possibility of ensuring stable positioning of the sensor (stable fixed position of the sensor) relative to the mechanical bench of the kit when installing it on the said magnetic strip. The bearing part is made in the form of a capsule elongated in the axial direction, the closed internal axial cavity of which serves to accommodate the reed switch. The bearing part in cross section has a configuration in which it is possible to stably operate the reed switch when the initiating magnet is located from any point on the perimeter of the bearing part.

Возможность стабильного позиционирования датчика относительно механической скамьи обеспечена за счет выполнения на опорной части корпуса датчика ограничительных элементов, расположенных по разные стороны от установленного в опорной части магнита на расстоянии друг от друга, обеспечивающем плотный охват этими элементами магнитной полосы при установке датчика на механической скамье.The possibility of stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench is ensured due to the implementation on the supporting part of the sensor body of restrictive elements located on opposite sides of the magnet installed in the supporting part at a distance from each other, which ensures tight coverage of the magnetic strip by these elements when the sensor is installed on the mechanical bench.

И, наконец, четвертым объектом изобретения является приспособление для определения мгновенной скорости тела, брошенного горизонтально, включающее механическую скамью в форме желоба с продольной магнитной полосой на наружной поверхности его бокового борта, цилиндрическое тело с позиционированным магнитом, выполненное с возможностью установки в скамье и качения по поверхности основания желоба, и магнитоуправляемые герконовые датчики. Каждый датчик включает корпус с магнитом, служащим для взаимодействия с продольной магнитной полосой на наружной поверхности борта желоба при установке датчика на механической скамье, и расположенный внутри корпуса геркон. Механическая скамья представляет собой трамплин, основание желоба которого состоит из участка разгона и площадки отрыва на концевом участке трамплина, образованной за счет выполнения в зоне указанного концевого участка сквозных разрезов по линиям в зонах примыкания основания желоба к его боковым бортам. Корпус герконового датчика состоит из опорной части, на которой закреплен упомянутый магнит и которая выполнена с возможностью обеспечения стабильного позиционирования датчика относительно механической скамьи комплекта при установке его на упомянутой магнитной полосе, и из несущей части, служащей для размещения геркона.And finally, the fourth object of the invention is a device for determining the instantaneous speed of a body thrown horizontally, including a mechanical bench in the form of a trough with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of its side wall, a cylindrical body with a positioned magnet, made with the possibility of installation in the bench and rolling the surface of the base of the gutter, and magnetically operated reed sensors. Each sensor includes a housing with a magnet, which serves to interact with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of the side of the gutter when installing the sensor on a mechanical bench, and a reed switch located inside the housing. A mechanical bench is a springboard, the base of the gutter of which consists of an acceleration section and a separation platform at the end section of the springboard, formed by making through sections in the zone of the specified end section of the cross-sections along the lines in the areas where the base of the gutter adjoins its lateral sides. The housing of the reed switch consists of a supporting part, on which the mentioned magnet is fixed and which is made with the possibility of ensuring stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench of the kit when installing it on the magnetic strip, and from the supporting part, which is used to place the reed switch.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 и 2 схематично изображен заявляемый комплект, помещенный в пластиковых контейнерах.1 and 2 schematically depict the inventive kit, placed in plastic containers.

На фиг.3 - механическая скамья в аксонометрии.Figure 3 - mechanical bench in a perspective view.

На фиг.4 - поперечное сечение механической скамьи.Figure 4 is a cross section of a mechanical bench.

На фиг.5 и 6 - герконовый датчик в разобранном состоянии, в двух ракурсах.Figures 5 and 6 show a reed switch in a disassembled state, in two angles.

На фиг.7 - приспособление для определения мгновенной скорости тела, брошенного горизонтально, вид спереди.7 is a device for determining the instantaneous speed of a body thrown horizontally, front view.

На фиг.8 - то же, вид сверху.On Fig is the same, top view.

На фиг.9 - вид узла А на фиг.8.In Fig.9 is a view of the node And in Fig.8.

На фиг.10 - механическая скамья приспособления для определения мгновенной скорости тела, брошенного горизонтально, вид спереди.Figure 10 - mechanical bench device for determining the instantaneous speed of a body thrown horizontally, front view.

На фиг.11 - то же, вид сверху.Figure 11 is the same, top view.

На фиг.12 и 13 - иллюстрации к отдельным примерам использования комплекта.12 and 13 are illustrations of separate examples of using the kit.

Предлагаемый комплект для демонстрации законов механики включает механическую (направляющую) скамью 1 в виде длинномерной профилированной металлической полосы, твердое тело, в качестве которого показан брусок 2, магнитоуправляемые герконовые датчики 3, набор измерительных средств и набор грузов.The proposed kit for demonstrating the laws of mechanics includes a mechanical (guide) bench 1 in the form of a long profiled metal strip, a solid body, which is shown as a block 2, magnetically operated reed sensors 3, a set of measuring tools and a set of loads.

Механическая скамья 1 имеет форму желоба с плоским основанием 4, образующим беговую дорожку, и боковыми бортами 5 и 6, загнутыми внутри желоба (фиг.3, 4). При загибе бортов свободные торцы бортов образуют ребра 7 и 8, назначение которых будет понятно ниже. Скамья 1 может быть выполнена из одной полосы, однако для удобства хранения она предпочтительно выполняется из двух полос 9 и 10 разной длины, присоединяемых одна к другой на период выполнения опытов (фиг.12). На боковом борту 5 скамьи 1 имеется линейная шкала 11 и закреплена продольная магнитная полоса 12.The mechanical bench 1 has the shape of a gutter with a flat base 4 forming a treadmill, and side sides 5 and 6, bent inside the gutter (Figs. 3, 4). When bending the sides, the free ends of the sides form ribs 7 and 8, the purpose of which will be clear below. Bench 1 can be made of one strip, however, for convenience of storage, it is preferably made of two strips 9 and 10 of different lengths attached to each other for the duration of the experiments (Fig. 12). On the side board 5 of the bench 1 there is a linear scale 11 and a longitudinal magnetic strip 12 is fixed.

Наружная поверхность 13 основания желоба ограничена боковыми стенками 14 и 15. В результате скамья 1 приобретает в поперечном сечении вид двутавра (фиг.4). При этом поверхность 13, которая образует дополнительную беговую дорожку, может быть использована для перемещения вдоль нее груза посредством предварительно присоединенного к нему динамометра, по которому определяют силу тяги.The outer surface 13 of the base of the gutter is limited by the side walls 14 and 15. As a result, the bench 1 takes on a cross-section in the form of an I-beam (Fig. 4). Moreover, the surface 13, which forms an additional treadmill, can be used to move cargo along it by means of a dynamometer previously attached to it, by which the traction force is determined.

Брусок 2 имеет форму прямоугольного параллелепипеда и установлен в скамье 1 с опорой своим плоским основанием на плоское основание 4 скамьи (желоба) и с возможностью перемещения по скамье вдоль нее. Взаимно перпендикулярные грани бруска отличаются друг от друга по площади. Габариты бруска 2 подобраны таким образом, что при перемещении его вдоль скамьи 1 его боковые стороны скользят по ребрам 7 и 8 бортов 5 и 6 желоба скамьи 1, контактируя, таким образом, с ребрами только по линии.The bar 2 has the shape of a rectangular parallelepiped and is installed in bench 1 with its flat base resting on the flat base 4 of the bench (trough) and with the possibility of moving along the bench along it. Mutually perpendicular faces of the bar differ from each other in area. The dimensions of the bar 2 are selected in such a way that when moving it along the bench 1, its sides slide along the ribs 7 and 8 of the sides 5 and 6 of the groove of the bench 1, thus contacting only the line with the ribs.

На бруске 2 закреплен позиционированный магнит 16 (фиг.12, 13). На противолежащих торцах бруска смонтированы крюки 17 для подсоединения измерительных средств, грузов 18 и других элементов, используемых при проведении опытов. С этой же целью на всех гранях бруска выполнены гнезда 19.A positioned magnet 16 is fixed on the bar 2 (FIGS. 12, 13). Hooks 17 are mounted on opposite ends of the bar for connecting measuring instruments, weights 18 and other elements used in the experiments. For the same purpose, nests 19 are made on all faces of the bar.

Каждый из герконовых датчиков 3 включает корпус и расположенный внутри корпуса геркон 20 (фиг.5, 6). Геркон - это герметически запаянный в стеклянную трубку контакт. Он замыкается или размыкается при поднесении к нему магнита. Достоинство герконового датчика - большая износоустойчивость и, следовательно, очень большой срок службы, очень малое время срабатывания, возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом, а также нечувствительность к загрязнению.Each of the reed sensors 3 includes a housing and a reed switch 20 located inside the housing (FIGS. 5, 6). A reed switch is a contact hermetically sealed in a glass tube. It closes or opens when a magnet is brought to it. The advantage of the reed switch is its high durability and, consequently, a very long service life, very short response time, the ability to detect and measure in a non-contact manner, and also insensitivity to contamination.

Корпус герконового датчика состоит из опорной части 21 и из несущей части 22. С наружной стороны опорной части 21 имеется прямоугольное углубление (ниша) 23, в которое помещен магнит 24. Крепления датчика 3 на скамье 1 осуществляется за счет взаимодействия магнита 24 с продольной магнитной полосой 12.The housing of the reed switch consists of a support part 21 and a bearing part 22. On the outside of the support part 21 there is a rectangular recess (niche) 23 in which the magnet 24 is placed. The sensor 3 is fastened to the bench 1 due to the interaction of the magnet 24 with a longitudinal magnetic strip 12.

Очень важно, чтобы в процессе проведения опытов не происходило смещений и перекосов датчиков 3. В связи с этим для обеспечения стабильного положения датчиков 3 относительно скамьи 1 использованы ограничительные элементы. Эти элементы представляют собой полки 25 и 26, расположенные по разные стороны от установленного в опорной части магнита 24 по противолежащим верхней и нижней линиям прямоугольного углубления 23 и выступающие наружу относительно опорной части 21 корпуса датчика. Размеры элементов датчиков 3 и магнитной полосы 12 подобраны таким образом, что при креплении магнита на механической скамье полки 25 и 26 плотно охватывают магнитную полосу 12 со стороны ее противолежащих верхнего 27 и нижнего 28 продольных торцов, обеспечивая тем самым стабильное фиксированное положение датчиков на скамье (фиг.12).It is very important that during the experiments no displacements or distortions of the sensors 3 occur. In this regard, restrictive elements are used to ensure a stable position of the sensors 3 relative to bench 1. These elements are shelves 25 and 26 located on opposite sides of the magnet 24 installed in the supporting part along the opposite upper and lower lines of the rectangular recess 23 and protruding outward relative to the supporting part 21 of the sensor housing. The sizes of the elements of the sensors 3 and the magnetic strip 12 are selected so that when the magnet is mounted on a mechanical bench, the shelves 25 and 26 tightly enclose the magnetic strip 12 from the side of its opposite upper 27 and lower 28 longitudinal ends, thereby ensuring a stable fixed position of the sensors on the bench ( Fig. 12).

Несущая часть 22 корпуса датчика выполнена в виде капсулы, вытянутой в осевом направлении. Внутри капсулы образована замкнутая внутренняя осевая полость 29, в которую помещается геркон 20. Несущая часть 22 корпуса датчика 3 должна иметь в поперечном сечении такую конфигурацию, при которой была бы обеспечена возможность стабильного срабатывания геркона 20 при расположении инициирующего магнита с любой точки периметра несущей части 22. Наиболее предпочтительный вариант выполнения несущей части 22 корпуса датчика показан на фиг.5 и 6, из которых видно, что часть 22 имеет форму цилиндра и кольцеобразную круглую форму в поперечном сечении. В результате такого выполнения геркон 20 находится в одинаковых условиях для приема сигнала по всему боковому периметру цилиндра.The bearing part 22 of the sensor housing is made in the form of a capsule elongated in the axial direction. A closed internal axial cavity 29 is formed inside the capsule, into which the reed switch 20 is placed. The bearing part 22 of the sensor housing 3 must have a cross section in such a configuration that the reed switch 20 can be operated stably when the initiating magnet is located from any point on the perimeter of the bearing part 22 The most preferred embodiment of the carrying part 22 of the sensor housing is shown in FIGS. 5 and 6, from which it can be seen that the part 22 has the shape of a cylinder and an annular circular shape in cross section . As a result of this embodiment, the reed switch 20 is in the same conditions for receiving a signal along the entire lateral perimeter of the cylinder.

Корпус датчика 3 выполнен разъемным (из двух частей) по плоскости, проходящей через ось цилиндра несущей части 22 и параллельно прямоугольному углублению 23, а относительно плоскости, перпендикулярной плоскости разъема, корпус датчика выполнен симметричным. Части разъемного корпуса скрепляются друг с другом посредством выступов 30 и гнезд 31 под выступы.The sensor housing 3 is made detachable (in two parts) along a plane passing through the cylinder axis of the supporting part 22 and parallel to the rectangular recess 23, and relative to the plane perpendicular to the plane of the connector, the sensor housing is symmetrical. Parts of the detachable housing are fastened to each other by means of protrusions 30 and sockets 31 under the protrusions.

Набор измерительных средств включает динамометры 32, секундомер 33, мерный цилиндр 34, мерный стакан 35, весы электронные 36, а также дополнительно включает транспортир 37 и металлическую линейку 39.The set of measuring tools includes dynamometers 32, stopwatch 33, measuring cylinder 34, measuring cup 35, electronic scales 36, and also further includes a protractor 37 and a metal ruler 39.

Комплект дополнительно содержит калькулятор 40 и рычаг-линейку 41 с навешенными на него и имеющими возможность перемещения вдоль него петлями-держателями, а также разборный штатив 42.The kit further comprises a calculator 40 and a lever-ruler 41 with hinges-holders hung on it and having the ability to move along it, as well as a collapsible tripod 42.

В состав комплекта также входят ключ 43 секундомера, коврик 53, муфту 54 штатива, пакет 55 с мерными лентами и скрепками, пакет 56 с упругими элементами, пакет 57 со шнурами, трубку 58 с шариком, полоса картонная 59 с зажимами, блок подвижный 60, колба-шприц 61, зажим-лапа 62, блок неподвижный 63.The kit also includes a stopwatch key 43, a rug 53, a tripod clutch 54, a bag 55 with measuring tapes and clips, a bag 56 with elastic elements, a bag 57 with cords, a tube 58 with a ball, a cardboard strip 59 with clips, a movable block 60, syringe flask 61, clamp-foot 62, stationary block 63.

Составные части комплекта укладываются предпочтительно в два пластиковых контейнера 44 и 45. В каждом из контейнеров размещен вкладыш, в котором имеются ложементы, соответствующие профилю укладываемых элементов комплекта. Штатив 42 помещается в отдельный тубус, в котором размещается также и более длинная полоса скамьи 1.The components of the kit are preferably placed in two plastic containers 44 and 45. In each of the containers there is an insert in which there are lodges corresponding to the profile of the stacked elements of the kit. The tripod 42 is placed in a separate tube, which also houses the longer strip of the bench 1.

Большой интерес представляет приспособление для определения мгновенной скорости тела, брошенного горизонтально, которое может быть включено в состав комплекта или выпускаться в качестве самостоятельного объекта.Of great interest is the device for determining the instantaneous speed of a body thrown horizontally, which can be included in the kit or produced as an independent object.

Приспособление включает механическую скамью 46 в форме желоба с продольной магнитной полосой 46а на наружной поверхности его бокового борта и магнитоуправляемые герконовые датчики 3 (фиг.7-11). В скамье располагается цилиндрическое твердое тело качения 47 с позиционированным магнитом 48. Каждый датчик 3 выполнен в соответствии с конструкцией, которая уже была раскрыта выше. Механическая скамья 46 представляет собой трамплин, основание желоба которого состоит из участка разгона 49 и площадки отрыва 50 на концевом участке трамплина. Площадка отрыва представляет собой часть основания, которая образовалась путем выполнения в зоне концевого участка трамплина сквозных разрезов 51 и 52, который проходит по линиям в зонах примыкания основания желоба к его боковым бортам.The device includes a mechanical bench 46 in the form of a gutter with a longitudinal magnetic strip 46a on the outer surface of its side wall and magnetically operated reed sensors 3 (Fig.7-11). In the bench is a cylindrical solid rolling body 47 with a positioned magnet 48. Each sensor 3 is made in accordance with the design that has already been disclosed above. The mechanical bench 46 is a springboard, the base of the gutter of which consists of an acceleration section 49 and a separation platform 50 at the end section of the springboard. The separation platform is a part of the base, which was formed by performing in the zone of the end section of the springboard through cuts 51 and 52, which runs along the lines in the zones of adjacency of the base of the gutter to its side sides.

Как отмечалось выше, предлагаемый комплект преимущественно предназначен для демонстрации законов механики при выполнении экспериментальных заданий, включенных в контрольные измерительные материалы, используемые при Государственной итоговой аттестации по физике выпускников основной школы, а также для подготовки к аттестации. Аттестуемый учащийся для демонстрации соответствующего закона механики отбирает из контейнеров необходимые элементы комплекта и подготавливает, т.е. собирает их для проведения опыта.As noted above, the proposed kit is mainly intended to demonstrate the laws of mechanics when performing experimental tasks included in the control measuring materials used in the State final certification in physics of graduates of a primary school, as well as in preparation for certification. To demonstrate the corresponding law of mechanics, the certified student selects the necessary elements of the kit from the containers and prepares, i.e. collects them for experience.

Ниже приведены отдельные примеры использования комплекта.Below are some examples of using the kit.

Пример 1. «Определения КПД при подъеме тела по наклонной плоскости»Example 1. "Determination of efficiency when lifting the body along an inclined plane"

Скамью 1 фиксируют одним концом, поднятым над опорной поверхностью, в зажимных лапках штатива 42, обеспечивая при этом ее наклонное положение. Другой конец скамьи при этом опирается на опорную поверхность. Устанавливают брусок 2 на беговую дорожку скамьи. К бруску 2 подсоединяют динамометр 32. Перемещая динамометр 32 в сторону зафиксированного в штативе конца скамьи 1, а вместе с ним и брусок 2, который при этом движется по беговой дорожке скамьи, определяют по шкале динамометра силу тяги. В процессе проведения опыта изменяют вес перемещаемого тела, устанавливая на бруске разные грузы. Определив высоту подъема перемещаемого тела и его вес, определяют работу при вертикальном подъеме, силу тяги и КПД беговой дорожки.Bench 1 is fixed with one end raised above the supporting surface in the clamping legs of the tripod 42, while ensuring its inclined position. The other end of the bench rests on the supporting surface. Set bar 2 on the treadmill of the bench. The dynamometer 32 is connected to the bar 2. By moving the dynamometer 32 towards the end of the bench 1 fixed in the tripod, and with it the bar 2, which moves along the treadmill of the bench, the traction force is determined on the dynamometer scale. During the experiment, the weight of the moving body is changed, setting different loads on the bar. Having determined the lifting height of the moving body and its weight, they determine the work during vertical lifting, traction and efficiency of the treadmill.

Пример 2. «Измерение скорости движения тела» (фиг.12)Example 2. "Measurement of the speed of movement of the body" (Fig)

Скамью 1 фиксируют в наклонном положении так же, как и в примере 1. В этом опыте дополнительно используются секундомер 33 со спаренными магнитоуправляемыми герконовыми датчиками 3. Датчики 3 закрепляют на продольной магнитной полосе 12 скамьи 1, при этом положение датчиков, благодаря особенности их фиксации на скамье, в процессе проведения опыта остается стабильным. Брусок 2 перемещается по беговой дорожке скамьи. Благодаря наличию на бруске 2 позиционированного магнита, который, проходя мимо датчиков 3, замыкает их, секундомер 33 фиксирует время перемещения бруска. Расстояние между датчиками 3 определяется по линейной шкале 11. По полученным значениям пройденного пути и времени прохождения определяют скорость движения бруска.Bench 1 is fixed in an inclined position in the same way as in example 1. In this experiment, a stopwatch 33 with paired magnetically operated reed sensors 3 is additionally used. Sensors 3 are fixed on the longitudinal magnetic strip 12 of bench 1, and the position of the sensors, due to the peculiarity of their fixation on bench, in the process of conducting the experiment remains stable. The bar 2 moves along the treadmill of the bench. Due to the presence on the bar 2 of a positioned magnet, which, passing by the sensors 3, closes them, the stopwatch 33 records the time the bar moves. The distance between the sensors 3 is determined by a linear scale 11. Based on the obtained values of the distance traveled and the travel time, the speed of the bar is determined.

Пример 3. «Определение коэффициента жесткости пружины» (фиг.13)Example 3. "Determination of the coefficient of spring stiffness" (Fig.13)

Скамью 1 фиксируют в вертикальном положении. К верхнему концу скамьи подвешивают пружину. На другой конец пружины навешивают брусок 2. По линейной шкале 11 фиксируют начальное положение бруска на скамье. Отпускают брусок 2, обеспечивая его свободное перемещение вдоль скамьи 1. При этом происходит удлинение пружины на определенную величину. Определяют расстояние, на которое переместился брусок 2, которое соответствует величине удлинения пружины. Если под действием силы F удлинение пружины равно Δt, то коэффициент жесткости пружины вычисляют исходя из закона Гука:Bench 1 is fixed in an upright position. A spring is suspended from the upper end of the bench. A bar 2 is hung on the other end of the spring. On the linear scale 11, the initial position of the bar is fixed on the bench. The bar 2 is released, providing its free movement along the bench 1. At the same time, the spring is elongated by a certain amount. Determine the distance by which the block 2 has moved, which corresponds to the magnitude of the spring extension. If, under the action of the force F, the spring elongation is Δt, then the spring stiffness coefficient is calculated based on Hooke's law:

F=kΔl k=F/Δl;F = kΔl k = F / Δl;

F=mg (где m - масса бруска); Δl=l-l₀ (где ±l₀ - начальная длина пружины; l - конечная длина пружины).F = mg (where m is the mass of the bar); Δl = ll ₀ (where ± l ₀ is the initial length of the spring; l is the final length of the spring).

Нагружая брусок 2 грузами 18 различной массы, наблюдают изменение величины удлинения пружины в зависимости от величины нагрузки и приходят в результате вычислений к тому же значению коэффициента жесткости пружины. Проверяют закон Гука из соотношения сил и соответствующих им деформаций пружины.When loading a bar 2 with loads 18 of different masses, a change in the spring extension value is observed depending on the load value and, as a result of the calculations, they come to the same value of the spring stiffness coefficient. Hooke's law is checked from the balance of forces and the corresponding spring deformations.

Пример 4. «Исследование зависимости силы трения скольжения от рода соприкасающихся поверхностейExample 4. “The study of the dependence of the sliding friction force on the kind of contacting surfaces

Скамью 1 фиксируют в стационарном положении. Помещают на беговую дорожку скамьи брусок 2 и присоединяют к бруску динамометр 32. Тянут динамометр так, чтобы брусок 2 двигался равномерно (без рывков). Фиксируют значение силы трения для первой пары соприкасающихся поверхностей. Для получения максимально достоверного результата измерения проводят не менее трех раз. Надевают на брусок со стороны его основания, взаимодействующего с поверхностью беговой дорожки, чехол, например, из наждачной бумаги. Повторяют опыт, фиксируя значение силы трения для второй пары соприкасающихся поверхностей. Аналогично опыт проводят несколько раз для различных пар соприкасающихся поверхностей. Заносят результаты в таблицу и делают вывод об изменении силы трения скольжения при изменении степени шероховатости соприкасающихся поверхностей.Bench 1 is fixed in a stationary position. Place block 2 on the treadmill of the bench and attach dynamometer 32 to the block. Pull the dynamometer so that block 2 moves evenly (without jerking). The value of the friction force for the first pair of contacting surfaces is fixed. To obtain the most reliable measurement result, carry out at least three times. Put on the bar from the side of its base, interacting with the surface of the treadmill, a cover, for example, of sandpaper. The experiment is repeated, fixing the value of the friction force for the second pair of contacting surfaces. Similarly, the experiment is carried out several times for various pairs of contacting surfaces. The results are entered in the table and conclude that the sliding friction force changes when the degree of roughness of the contacting surfaces changes.

Пример 5. «Исследование зависимости силы трения скольжения от веса телаExample 5. "The study of the dependence of the sliding friction force on body weight

Скамью 1 фиксируют в стационарном положении. При помощи динамометра 32 определяют вес бруска 2. Помещают брусок на беговую дорожку скамьи и присоединяют к нему динамометр 32. Тянут динамометр так, чтобы брусок 2 двигался равномерно (без рывков), а динамометр 32 был параллелен плоскости беговой дорожки, по которой перемещается брусок. Фиксируют значение силы трения. Для получения максимально достоверного результата измерения проводят не менее трех раз. Полученные результаты заносят в таблицу. Помещают на брусок 2 грузы 18 различной величины, изменяя тем самым вес перемещаемого тела. Для каждого нового значения веса тела проводят аналогичные измерения и заносят полученные результаты в таблицу. По имеющимся табличным данным строят график зависимости средней силы трения скольжения от веса тела. Делают вывод о зависимости силы трения скольжения от веса тела.Bench 1 is fixed in a stationary position. Using the dynamometer 32, determine the weight of the bar 2. Place the bar on the treadmill of the bench and attach the dynamometer 32 to it. Pull the dynamometer so that the bar 2 moves uniformly (without jerking), and the dynamometer 32 is parallel to the plane of the treadmill along which the bar moves. The value of the friction force is fixed. To obtain the most reliable measurement result, carry out at least three times. The results are entered in the table. Weights 18 of various sizes are placed on the bar 2, thereby changing the weight of the moving body. For each new value of body weight, similar measurements are carried out and the results are entered in the table. According to the available tabular data, a graph of the dependence of the average sliding friction force on body weight is built. Make a conclusion about the dependence of the sliding friction force on the body weight.

Пример 6. «Исследование зависимости силы трения скольжения от площади соприкасающихся поверхностей»Example 6. "The study of the dependence of the sliding friction force on the area of contacting surfaces"

Скамью 1 фиксируют в стационарном положении. Определяют площади S₁ и S₂ двух взаимно перпендикулярных граней бруска 2, отличающихся по площади. Помещают брусок 2 на беговую дорожку скамьи 1 одной своей гранью, имеющей площадь S₁, и присоединяют к нему динамометр 32. Тянут динамометр так, чтобы брусок двигался равномерно (без рывков), а динамометр был параллелен плоскости беговой дорожки, по которой перемещается брусок. Фиксируют значение силы трения. Для получения максимально достоверного результата измерения проводят не менее трех раз. Полученные результаты заносят в таблицу. Помещают брусок 2 на беговую дорожку скамьи 1 другой своей гранью, имеющей площадь S₂, отличную от площади S₁, и присоединяют к нему динамометр 32. Фиксируют значение силы трения. Делают вывод о зависимости силы трения от величины площади соприкасающихся поверхностей.Bench 1 is fixed in a stationary position. The areas S ₁ and S ₂ are determined for two mutually perpendicular faces of the bar 2, differing in area. Place block 2 on the treadmill of bench 1 with one of its faces, having an area of S ₁ , and attach dynamometer 32 to it. Pull the dynamometer so that the block moves uniformly (without jerking), and the dynamometer is parallel to the plane of the treadmill along which the block moves. The value of the friction force is fixed. To obtain the most reliable measurement result, carry out at least three times. The results are entered in the table. Place the block 2 on the treadmill of the bench 1 with its other face having an area S ₂ different from the area S ₁ , and attach a dynamometer 32 to it. The value of the friction force is fixed. Make a conclusion about the dependence of the friction force on the size of the area of contacting surfaces.

Пример 7. «Демонстрация «золотого правила» механики (вариант закона сохранения энергии, согласно которому ни один из простых механизмов не дает выигрыша в работе; во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии)».Example 7. "Demonstration of the" golden rule "of mechanics (a variant of the law of conservation of energy, according to which none of the simple mechanisms gives a gain in work; how many times we win in strength, how many times we lose in distance)."

При демонстрации «золотого правила» механики используют рычаг-линейку 41 с навешенными на него петлями-держателями. Обеспечивают горизонтальное положение рычага в подвешенном на штативе состоянии. К одному из держателей подвешивают грузы, а к другому присоединяют динамометр. Изменяя положение грузов и динамометра, определяют силу тяжести и величину работы по подъему грузов.When demonstrating the "golden rule", mechanics use a ruler-lever 41 with hinges-holders hung on it. Provide horizontal position of the lever in a suspended state on a tripod. Weights are suspended from one of the holders, and a dynamometer is attached to the other. By changing the position of the loads and the dynamometer, determine the force of gravity and the magnitude of the work of lifting loads.

Пример 8. «Демонстрация закона Архимеда (на всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости».Example 8. “Demonstration of the law of Archimedes (every body immersed in a liquid is affected by a buoyant force directed upward and equal to the weight of the liquid displaced by it”.

При исследовании объема вытесненной жидкости используют закрепленный в штативе мерный цилиндр. Помещают в мерный цилиндр грузы различного веса или брусок. При этом часть жидкости вытесняется через трубку и переливается в мерный стакан.When examining the volume of displaced fluid, a measuring cylinder fixed in a tripod is used. Weights of various weights or whetstones are placed in a graduated cylinder. In this case, part of the liquid is forced out through the tube and poured into a measuring cup.

Пример 9. «Определения мгновенной скорости тела, брошенного горизонтально»Example 9. "Determining the instantaneous speed of a body thrown horizontally"

Механическую скамью 46 устанавливают и фиксируют под углом к горизонтальной поверхности. На концевом участке скамьи 46 непосредственно в зоне ее нижнего торца на продольной магнитной полосе закрепляют датчики 3. Положение датчиков благодаря особенности их фиксации на скамье в процессе проведения опыта остается стабильным. Цилиндрическое тело 47 размещают в скамье между ее боковыми бортами. При движении тела 47 вдоль скамьи оно, перемещаясь по участку разгона 49, набирает скорость, а затем переходит в горизонтальное движение в зоне площадки отрыва 50. Позиционированный магнит 48, закрепленный на цилиндрическом теле, проходя мимо герконовых датчиков 3, замыкает их, а соединенный с датчиками секундомер показывает время перемещения цилиндрического тела. Расстояние между датчиками 3 определяется по линейной шкале на скамье. По полученным значениям определяют мгновенную скорость тела, брошенного горизонтально.A mechanical bench 46 is installed and fixed at an angle to a horizontal surface. Sensors 3 are fixed on the end portion of bench 46 directly in the area of its lower end on a longitudinal magnetic strip. The position of the sensors, due to the peculiarity of their fixation on the bench, remains stable during the experiment. A cylindrical body 47 is placed in a bench between its side sides. When the body 47 moves along the bench, it moves along the acceleration section 49, picks up speed, and then goes into horizontal movement in the area of the separation platform 50. The positioned magnet 48, mounted on a cylindrical body, passing by the reed sensors 3, closes them, and connected to stopwatch sensors shows the time of movement of the cylindrical body. The distance between the sensors 3 is determined by a linear scale on the bench. The values obtained determine the instantaneous speed of a body thrown horizontally.

Предлагаемый комплект позволит обеспечить:The proposed kit will provide:

1) конструирование заданий по проверке уровня сформированности экспериментальных умений, определенных планируемыми результатами обучения на повышенном уровне;1) the design of tasks to verify the level of formation of experimental skills defined by the planned learning outcomes at an advanced level;

2) определение интервалов возможных значений количественных результатов измерений и исследований, которые могут получать ученики при условии сформированности соответствующих умений;2) determining the intervals of possible values of quantitative results of measurements and studies that students can receive, provided that the corresponding skills are formed;

3) постановку экспериментов всех типов заданий, соответствующих контролируемым видам экспериментальной деятельности;3) the setting of experiments of all types of tasks corresponding to the controlled types of experimental activity;

4) вариативность заданий одного и того же типа с разными интервалами возможных значений.4) the variability of tasks of the same type with different intervals of possible values.

Комплект позволяет сконструировать задания следующих типов:The kit allows you to design tasks of the following types:

1) прямые измерения физических величин;1) direct measurements of physical quantities;

2) определение физических величин на основе их расчета с использованием прямых измерений (косвенные измерения физических величин);2) determination of physical quantities based on their calculation using direct measurements (indirect measurements of physical quantities);

3) сравнение рассчитанных числовых значений физических величин с результатами их измерений;3) comparison of calculated numerical values of physical quantities with the results of their measurements;

4) наблюдение и объяснение явлений;4) observation and explanation of the phenomena;

5) проведение исследований некоторого выделенного свойства явления;5) conducting research on some distinguished property of the phenomenon;

6) проверка статуса предложенных гипотез;6) checking the status of the proposed hypotheses;

7) построение и анализ графика эмпирической зависимости одной физической величины от другой;7) the construction and analysis of a graph of the empirical dependence of one physical quantity on another;

8) проведение исследования по проверке зависимостей между физическими величинами.8) conducting a study to check the relationships between physical quantities.

Claims

1. A kit for demonstrating the laws of mechanics, comprising a mechanical bench in the form of a gutter with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of its side wall, a solid body with a positioned magnet and at least one element for connecting measuring means to it, made with the possibility of installation in the bench and moving along the bench along it, magnetically operated reed sensors, each of which includes a housing with a magnet that serves to interact with a longitudinal magnetic strip on the outer surface the lateral side of the gutter when installing the sensor on a mechanical bench, and a reed switch located inside the housing, a set of measuring tools, including dynamometers, a stopwatch, a measuring cylinder, a measuring cup, electronic scales, a set of weights, a ruler and at least one plastic container with lodges made in accordance with the profiles of the stacked elements of the kit, characterized in that the cross section of the trough of the mechanical bench, and / or the configuration, and / or dimensions of the solid body are made and selected from the condition linear contact of the solid body with the lateral sides of the trough, while the housing of the reed switch consists of a supporting part on which the mentioned magnet is fixed and which is capable of ensuring stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench when installing it on a longitudinal magnetic strip, and from the carrier part in the form of a capsule elongated in the axial direction, the closed internal axial cavity of which serves to accommodate the reed switch, while the said bearing part in cross section has a configuration in which the possibility of stable operation of the reed switch is provided when the initiating magnet is located from any point on the perimeter of the bearing part.

2. The kit according to claim 1, characterized in that it includes a device for determining the instantaneous speed of a body thrown horizontally.

3. The kit according to claim 1, characterized in that the set of measuring tools further includes a protractor, a measuring tape and a metal ruler, and the lever-ruler is made with hinges-holders hung on it with the possibility of moving along it.

4. The kit according to claim 1, characterized in that it contains a collapsible tripod.

5. The kit according to claim 1, characterized in that a solid block or block is used as a solid.

6. The kit according to claim 1, characterized in that the lateral sides of the gutter are curved into the gutter so that the free longitudinal edges of the sides form a rib along which the solid contacts linearly with the lateral sides of the gutter.

7. The kit according to claim 1, characterized in that the outer surface of the base of the gutter is limited by the side walls.

8. The kit according to claim 1, characterized in that the possibility of stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench is ensured by performing on the supporting part of the sensor housing restrictive elements located on opposite sides of the magnet installed in the supporting part and covering the magnetic strip from both its longitudinal ends when installing the sensor on a mechanical bench.

9. The kit according to claim 1, characterized in that the bearing part of the sensor housing has the shape of a cylinder with an annular circular cross section.

10. A kit for demonstrating the laws of mechanics, comprising a mechanical bench in the form of a gutter with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of its side wall, a solid body with a positioned magnet and at least one element for connecting measuring means to it, made with the possibility of installation in a bench and moving along the bench along it, magnetically controlled reed sensors, each of which includes a housing with a magnet, which serves to interact with a longitudinal magnetic strip on the outer surface the lateral side of the gutter when installing the sensor on a mechanical bench, and a reed switch located inside the housing, a set of measuring tools and a set of weights, characterized in that the reed sensor housing consists of a supporting part on which the magnet is fixed and which is configured to provide stable sensor positioning relative to the mechanical bench when installing it on a longitudinal magnetic strip, and from the bearing part in the form of a capsule elongated in the axial direction, a closed internal axial cavity which serves to accommodate the reed switch, while the said bearing part in cross section has a configuration in which it is possible to stably operate the reed switch when the initiating magnet is located from any point on the perimeter of the bearing part.

11. The kit according to claim 10, characterized in that the cross section of the trough of the mechanical bench, and / or the configuration, and / or dimensions of the solid body are made and selected from the condition of ensuring a linear contact of the solid body when moving it along the bench with the lateral sides of the trough.

12. The kit according to claim 11, characterized in that the lateral sides of the gutter are curved into the gutter so that the free longitudinal edges of the sides form a rib along which the solid contacts linearly with the side gutters of the gutter.

13. The kit according to claim 10, characterized in that it includes a device for determining the instantaneous speed of a body thrown horizontally.

14. The kit according to claim 10, characterized in that the set of measuring tools includes dynamometers, stopwatch, measuring cylinder, measuring cup, electronic scales, protractor, measuring tape and a metal ruler.

15. The kit according to claim 10, characterized in that it includes a lever-ruler with hinges-holders hung on it with the possibility of moving along it and a collapsible tripod.

16. The kit of claim 10, characterized in that it includes at least one plastic container with lodgements made in accordance with the profiles of the stacked elements of the kit.

17. The kit according to claim 10, characterized in that a solid block or block is used as a solid.

18. The kit according to claim 10, characterized in that the outer surface of the base of the gutter is limited by the side walls.

19. The kit according to claim 10, characterized in that the possibility of stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench is ensured by performing restrictive elements on the supporting part of the sensor housing located on opposite sides of the magnet installed in the supporting part and covering the magnetic strip from both of its longitudinal ends when installing the sensor on a mechanical bench.

20. The kit according to claim 10, characterized in that the bearing part of the sensor housing has the shape of a cylinder with an annular circular cross section.

21. Reed switch to the kit for demonstrating the laws of mechanics, including a housing with a magnet, used to interact with the magnetic strip fixed on the carrier bench included in the kit, and a reed switch located inside the housing, characterized in that the housing of the reed switch consists of a support part on which the said magnet is fixed and which is configured to provide stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench of the kit when installing it on the said magnetic strip, of the support part in the form of capsules, elongated in the axial direction, the closed inner axial cavity of which serves to receive a reed switch, wherein the bearing part in cross section has a configuration in which is provided the possibility of stable actuation of reed switch at the location of the initiation of the magnet from any point of the perimeter support part.

22. The sensor according to claim 21, characterized in that the possibility of stable positioning of the sensor relative to the mechanical bench is ensured by performing restrictive elements on the supporting part of the sensor housing located on different sides of the magnet installed in the supporting part from each other, providing tight coverage these elements of the magnetic strip when installing the sensor on a mechanical bench.

23. The sensor according to item 21 or 22, characterized in that the bearing part of the sensor housing has the shape of a cylinder with an annular circular cross section.

24. A device for determining the instantaneous velocity of a body thrown horizontally, including a mechanical bench in the form of a trench with a longitudinal magnetic strip on the outer surface of its side wall, a cylindrical body with a positioned magnet, made with the possibility of installation in the bench and rolling along the surface of the base of the trough, and magnetically operated reed sensors, each of which includes a housing with a magnet, which serves to interact with the longitudinal magnetic strip on the outer surface of the side of the gutter when installed a sensor on a mechanical bench, and a reed switch located inside the case, the mechanical bench is a springboard, the base of the gutter of which consists of an acceleration section and a separation platform at the end section of the springboard, formed by making through sections in the zone of the indicated end section along the lines in the zones adjoining the base of the gutter to its lateral sides, the housing of the reed switch consists of a supporting part on which the said magnet is fixed and which is made with the possibility of ensuring stability second positioning sensor relative mechanical bench set when it is installed on said magnetic strip, and of the support part serving to accommodate the reed switch.