RU57494U1 - EDUCATIONAL INSTALLATION FOR LABORATORY WORKS ON MECHANICS - Google Patents

EDUCATIONAL INSTALLATION FOR LABORATORY WORKS ON MECHANICS Download PDF

Info

Publication number
RU57494U1
RU57494U1 RU2005135673/22U RU2005135673U RU57494U1 RU 57494 U1 RU57494 U1 RU 57494U1 RU 2005135673/22 U RU2005135673/22 U RU 2005135673/22U RU 2005135673 U RU2005135673 U RU 2005135673U RU 57494 U1 RU57494 U1 RU 57494U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
inputs
measuring unit
optical
mechanics
Prior art date
Application number
RU2005135673/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Дерягин
Николай Николаевич Новиков
Загир Азгарович Латипов
Рамиль Асхатович Насыбуллин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Фаэтон Плюс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Фаэтон Плюс" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Фаэтон Плюс"
Priority to RU2005135673/22U priority Critical patent/RU57494U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU57494U1 publication Critical patent/RU57494U1/en

Links

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к учебным и демонстрационным приборам и предназначена для выполнения лабораторных и демонстрационных работ по физике, в частности по разделу «Механика», предусмотренных программой обучения общеобразовательных школ и высших учебных заведений. Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание простой и универсальной установки, позволяющей на ней одной выполнять большинство фундаментальных опытов по механике. В учебной установке для проведения лабораторных работ по механике, содержащей закрепленный на штативе измерительный блок 1 и электронный блок преобразования сигналов 2, новым является то, что измерительный блок 1 представляет собой устройство преобразования линейных и угловых перемещений в электрические импульсы и включает оптический прерыватель 7, закрепленный на одном конце вала 5, на другом конце которого закреплено приспособление для связи с исследуемым объектом, при этом выходы измерительного блока 1 подключены к входам электронного блока 2, выходы которого являются входами последовательного СОМ-порта ЭВМ. Оптический прерыватель 7 состоит из диска 8 с радиальными прорезями 11 по его периферии и оптической пары 9, а приспособление для связи с исследуемым объектом представляет собой шкив 10. Электронный блок преобразования сигналов 2 содержит две ветви, каждая из которых включает последовательно соединенные триггер Шмита 12 и микросхему (МС) преобразования уровня напряжения в уровень последовательного СОМ-порта ЭВМ, при этом входами электронного блока 2 являются выходы оптического прерывателя 7 по сигналам о величине и направлении перемещения исследуемого объекта. 1 н.п.ф.п.м., 3 з.п.ф.п.м., 3 илл.The utility model relates to educational and demonstration devices and is designed to perform laboratory and demonstration work in physics, in particular in the "Mechanics" section, provided for by the curriculum of secondary schools and higher educational institutions. The task to which the proposed utility model is directed is to create a simple and universal installation that allows one to perform most of the fundamental experiments in mechanics on it. In a training facility for laboratory work in mechanics, containing a measuring unit 1 mounted on a tripod and an electronic signal conversion unit 2, it is new that the measuring unit 1 is a device for converting linear and angular displacements into electrical impulses and includes an optical chopper 7 mounted on one end of the shaft 5, on the other end of which is attached a device for communication with the object under study, while the outputs of the measuring unit 1 are connected to the inputs electronically of the unit 2, which outputs are inputs serial COM port of the computer. The optical chopper 7 consists of a disk 8 with radial slots 11 at its periphery and an optical pair 9, and the device for communication with the object under study is a pulley 10. The electronic signal conversion unit 2 contains two branches, each of which includes a Schmit trigger 12 and a microcircuit (MS) converting the voltage level to the level of the serial COM port of the computer, while the inputs of the electronic unit 2 are the outputs of the optical chopper 7 according to the signals about the magnitude and direction of movement of the following object. 1 n.p.f.p.m., 3 s.p.f.p.m., 3 ill.

Description

Полезная модель относится к учебным и демонстрационным приборам и предназначена для выполнения лабораторных и демонстрационных работ по физике, в частности по разделу «Механика», предусмотренных программой обучения общеобразовательных школ и высших учебных заведений.The utility model relates to educational and demonstration devices and is designed to perform laboratory and demonstration work in physics, in particular in the "Mechanics" section, provided for by the curriculum of secondary schools and higher educational institutions.

Известна установка для проведения лабораторных работ по курсу «Теория упругости и пластичности» (патент РФ №2012063, МПК G 09 B 23/06, опубл. 30.04.1994), содержащая силовую опорную раму в виде двухъярусного пространственного каркаса с опорными стойками регулируемой высоты. На верхнем ярусе каркаса установлены опорные стойки с винтовым механизмом вертикального смещения опор, позволяющие закрепить пластину, а на нижнем - измерительные приборы с удлинительными штангами. Опорная стойка представляет собой вилку, имеющую сквозные резьбовые отверстия под шпильку и крепежные болты. Для измерения прогибов пластины применяются индикаторы часового типа.A known installation for laboratory work on the course "Theory of elasticity and plasticity" (RF patent No.2012063, IPC G 09 B 23/06, publ. 04/30/1994) containing a power support frame in the form of a two-tier spatial frame with support legs of adjustable height. On the upper tier of the frame, support posts with a screw mechanism for vertical displacement of the supports are installed, which allow fixing the plate, and on the lower tier are measuring instruments with extension rods. The support column is a fork having through threaded holes for the stud and mounting bolts. To measure the deflections of the plate, dial gauges are used.

Известна лабораторная установка для демонстрации законов динамики равноускоренного движения (заявка №97121267, МПК G 09 B 23/06, опубл. 27.09.1999), состоящая из грузов с перегрузком, соединенных посредством нити перекинутой через блок, и системы отсчета равных промежутков времени, закрепленных на общей стойке, в которой новым является то, что груз, имеющий перегрузок, состоит из верхней и нижней исследуемых масс, последовательно соединенных между собой разрываемой электромагнитной связью, подсоединенной к реле времени, последовательно включенного в цепь источника питания связи, установка содержит пусковую кнопку и концевой выключатель, находящийся в стыке разделяемых масс, перемещающихся только вдоль вертикальных направляющих, в нижней части которых установлен электромагнит, а в расчетном сечении верхней части - пружинный A known laboratory setup for demonstrating the laws of dynamics of uniformly accelerated movement (application No. 97121267, IPC G 09 B 23/06, publ. 09/27/1999), consisting of loads with overload connected by means of a thread thrown across the block, and a reference system of equal time intervals fixed on a common rack, in which it is new that the load having overloads consists of the upper and lower studied masses connected in series with each other by a torn electromagnetic coupling connected to a time relay connected in series to communication power supply circuit, the installation contains a start button and a limit switch located at the junction of the separated masses moving only along the vertical guides, in the lower part of which there is an electromagnet, and in the design section of the upper part - a spring

индикатор конечной скорости движения нижней отделяемой массы, в нижней части которого установлен контакт, разрывающий цепь питания электрического секундомера.an indicator of the final speed of the lower detachable mass, in the lower part of which there is a contact breaking the power supply circuit of the electric stopwatch.

Известна лабораторная установка (заявка №93007409, МПК G 09 B 23/06, опубл. 10.08.1995), содержащая основание, горизонтальный брус в опорах, вертикальный стержень, охватываемый пружиной, электродвигатель, подпружиненную телескопическую стойку, пишущие устройства. Установка может быть использована во всех высших учебных заведениях.A known laboratory installation (application No. 93007409, IPC G 09 B 23/06, publ. 08/10/1995) containing a base, a horizontal beam in the supports, a vertical rod covered by a spring, an electric motor, a spring-loaded telescopic rack, writing devices. The installation can be used in all higher education institutions.

Известна лабораторная установка по механике (патент №2063064, МПК G 09 B 23/06, опубл. 27.06.1996), предназначенная для определения коэффициента трения скольжения в режимах покоя и движения, содержащая платформу, установленную с возможностью вращения на валу редуктора и связанную с тахометром. Один из образцов выполнен в виде диска и укреплен на платформе посредством винтов, другой образец выполнен в виде пластины и установлен в оправке. Измерительное устройство представляет собой динамометр. Блок размещен на стойке, при этом трос одним концом соединен с оправкой, а другим с чашей.Known laboratory installation in mechanics (patent No. 2063064, IPC G 09 B 23/06, publ. 06/27/1996), designed to determine the coefficient of sliding friction in the rest and movement modes, containing a platform mounted for rotation on the shaft of the gearbox and associated with tachometer. One of the samples is made in the form of a disk and mounted on the platform by screws, the other sample is made in the form of a plate and mounted in a mandrel. The measuring device is a dynamometer. The block is placed on the rack, while the cable is connected at one end to the mandrel and the other to the bowl.

Известен лабораторный модульный комплекс «Физические основы механики», разработан в ОАО «ИНТОС» и предназначен для проведения лабораторных работ по курсу «Физика», раздел «Механика» в высших учебных заведениях (рекламный листок ОАО «ИНТОС», Россия 111024, г.Москва, Авиамоторная ул. Д.50, стр.1 «ИНТОС»), принятый за ближайший аналог. Комплекс состоит из девяти установок и электронного блока для проведения лабораторного практикума фронтальным методом, используя блочно-модульную конструкцию установок, обеспечивающую их оперативную сборку (разборку). Для последовательного метода организации лабораторного практикума каждая установка комплектуется электронным блоком. Компьютерный измерительный блок допускает одновременное подключение двух датчиков физических величин. Входы предназначены для измерения напряжения и подключения датчиков температуры, давления, влажности, угловой The well-known laboratory modular complex “Physical Fundamentals of Mechanics” was developed at INTOS OJSC and is intended for laboratory work at the Physics course, section “Mechanics” in higher education institutions (leaflet of INTOS OJSC, Russia 111024, Moscow , Aviamotornaya St. D.50, p. 1 "INTOS"), adopted for the closest analogue. The complex consists of nine installations and an electronic unit for conducting a laboratory workshop by the front-end method, using the block-modular design of the installations, which ensures their prompt assembly (disassembly). For a consistent method of organizing a laboratory workshop, each installation is equipped with an electronic unit. A computer measuring unit allows the simultaneous connection of two sensors of physical quantities. The inputs are designed to measure voltage and connect sensors of temperature, pressure, humidity, angular

скорости, проводимости, датчика рН, магнитного поля, оптоэлектрических датчиков момента времени и других. Однако данный лабораторный модульный комплекс предусматривает для каждой лабораторной работы наличие отдельной установки со своим электронным блоком, что усложняет проведение лабораторных работ, обслуживание всего комплекса, кроме того, увеличиваются затраты на его приобретение школами и эксплуатацию.speed, conductivity, pH sensor, magnetic field, optoelectric moment sensors and others. However, this laboratory modular complex provides for each laboratory work a separate installation with its own electronic unit, which complicates the laboratory work, maintenance of the entire complex, in addition, the costs of its purchase by schools and operation increase.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание простой и универсальной установки, позволяющей на ней одной выполнять большинство фундаментальных опытов по механике.The task to which the proposed utility model is directed is to create a simple and universal installation that allows one to perform most of the fundamental experiments in mechanics on it.

Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей, повышении точности и быстродействия установки.The technical result, which the proposed utility model is aimed at, is to expand the functionality, increase the accuracy and speed of the installation.

Технический результат достигается тем, что в учебной установке для проведения лабораторных работ по механике, содержащей измерительный блок, закрепленный на штативе, и электронный блок преобразования сигналов, новым является то, что измерительный блок представляет собой устройство преобразования линейных и угловых перемещений в электрические импульсы и включает оптический прерыватель, закрепленный на одном конце вала, установленного в корпусе на штативе, на другом конце которого закреплено приспособление для связи с исследуемым объектом, при этом выходы измерительного блока подключены к входам электронного блока преобразования сигналов, выходы которого являются входами последовательного СОМ-порта ЭВМ.The technical result is achieved in that in a training installation for laboratory work in mechanics, containing a measuring unit mounted on a tripod, and an electronic signal conversion unit, it is new that the measuring unit is a device for converting linear and angular displacements into electrical pulses and includes an optical chopper mounted on one end of the shaft mounted in the housing on a tripod, on the other end of which is mounted a device for communication with the test object ktomu, wherein the measuring unit outputs connected to inputs of an electronic signal converting unit, whose outputs are the inputs serial COM port of the computer.

Оптический прерыватель состоит из диска с радиальными прорезями по его периферии и оптической пары.An optical chopper consists of a disk with radial slots along its periphery and an optical pair.

Приспособление для связи с исследуемым объектом представляет собой шкив.The device for communication with the test object is a pulley.

Электронный блок преобразования сигналов содержит две ветви, каждая из которых включает последовательно соединенные триггер Шмита и микросхему (МС) преобразования уровня напряжения в уровень последовательного The signal conversion electronic unit contains two branches, each of which includes a Schmit trigger and a microcircuit (MS) for converting the voltage level to the serial level

СОМ-порта ЭВМ, при этом входами электронного блока преобразования сигналов являются выходы оптического прерывателя по сигналам о величине и направлении перемещения исследуемого объекта.COM port of the computer, while the inputs of the electronic signal conversion unit are the outputs of the optical chopper according to the signals about the magnitude and direction of movement of the investigated object.

Триггер Шмита выполнен на комплементарных полевых транзисторах - металл - окисел - полупроводник (КМОП).Schmitt's trigger is made on complementary field effect transistors - metal - oxide - semiconductor (CMOS).

Микросхема преобразования уровня напряжения в уровень последовательного СОМ-порта ЭВМ выполнена на оптическом изоляторе.The microcircuit for converting the voltage level to the level of the serial COM-port of a computer is made on an optical isolator.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1 - фиг.3, где:The essence of the utility model is illustrated in figure 1 - figure 3, where:

Фиг.1 - учебная установка для проведения лабораторных работ по механике (а - вид спереди, б - вид сверху).Figure 1 - educational installation for laboratory work in mechanics (a - front view, b - top view).

Фиг.2 - вид А фиг.1 (а - вид сбоку на оптический прерыватель, б - периферийная часть диска - вид Б).Figure 2 - view A of figure 1 (a - side view of the optical chopper, b - the peripheral part of the disk - view B).

Фиг.3 - функциональная схема электронного блока преобразования сигналов.Figure 3 is a functional diagram of an electronic signal conversion unit.

Фиг.4 - принципиальная схема электронного блока преобразования сигналов (пример конкретного выполнения).4 is a schematic diagram of an electronic signal conversion unit (example of a specific implementation).

Здесь: 1 - измерительный блок; 2 - электронный блок; 3 - штатив; 4 - корпус; 5 - вал; 6 - подшипник; 7 - оптический прерыватель; 8 - диск оптического прерывателя 7; 9 - оптическая пара; 10 - шкив; 11 - прорези; 12 - триггер Шмита; 13 - микросхема (МС).Here: 1 - measuring unit; 2 - electronic unit; 3 - tripod; 4 - case; 5 - shaft; 6 - bearing; 7 - optical chopper; 8 - disk optical chopper 7; 9 - optical pair; 10 - a pulley; 11 - slots; 12 - Schmitt trigger; 13 - microcircuit (MS).

Учебная установка для проведения лабораторных работ по механике (фиг.1) содержит штатив 3, на котором закреплены измерительный блок 1 и электронный блок преобразования сигналов 2. Измерительный блок 1 включает оптический прерыватель 7, состоящий из диска 8 с радиальными прорезями 11 по его периферии (фиг.2б) и оптической пары 9. Диск 8 закреплен на одном конце вала 5, установленного в корпусе 4 на подшипниках 6, а корпус 4 закреплен на штативе 3. На другом конце вала 5 закреплено приспособление для связи с исследуемым объектом, в частности шкив Выходы измерительного блока 1 через оптическую пару 9 подключены к входам электронного блока преобразования сигналов 2, выходы которого An educational installation for laboratory work in mechanics (Fig. 1) contains a tripod 3, on which a measuring unit 1 and an electronic signal conversion unit 2 are fixed. The measuring unit 1 includes an optical chopper 7, consisting of a disk 8 with radial slots 11 along its periphery ( fig.2b) and an optical pair 9. The disk 8 is mounted on one end of the shaft 5 mounted in the housing 4 on the bearings 6, and the housing 4 is mounted on a tripod 3. At the other end of the shaft 5 is attached a device for communication with the object being studied, in particular a pulley Outputs KSR Control unit 1 through 9, a pair of optical inputs are connected to the electronic signal conditioning unit 2, which outputs

являются входами последовательного СОМ-порта ЭВМ. Измерительный блок 1 представляет собой устройство преобразования линейных и угловых перемещений в электрические импульсы.are the inputs of the serial COM port of the computer. The measuring unit 1 is a device for converting linear and angular displacements into electrical pulses.

Электронный блок преобразования сигналов 2 (фиг.3) содержит две ветви, каждая из которых включает последовательно соединенные триггер Шмита 12, преобразующий сигнал с измерительного блока в цифровой сигнал и микросхему (МС) 13 преобразования уровня напряжения в уровень последовательного СОМ-порта ЭВМ, при этом входами электронного блока 2 являются выходы оптического прерывателя 7 по сигналам о величине и направлении перемещения исследуемого объекта, которыми являются: набор грузов; маятник Обербека; физический маятник; рейка с магнитными полосками; фторопластовый брусок с магнитными полосками; стальные шары; набор из двух грузов и перегруза, соединенных нерастяжимой нитью; кольцо для снятия перегруза; набор из двух упругих и одного неупругого шара.The electronic signal conversion unit 2 (Fig. 3) contains two branches, each of which includes a Schmit trigger 12, which converts the signal from the measuring unit into a digital signal and a microcircuit (MS) 13 for converting the voltage level to the level of the serial computer COM port, when this inputs of the electronic unit 2 are the outputs of the optical chopper 7 according to the signals about the magnitude and direction of movement of the investigated object, which are: a set of goods; Oberbek's pendulum; physical pendulum; strip with magnetic strips; fluoroplastic bar with magnetic stripes; steel balls; a set of two goods and overload connected by an inextensible thread; overload ring; set of two elastic and one inelastic ball.

Учебная установка способна отслеживать в динамике линейные и угловые перемещения и преобразовывать через оптический прерыватель в электрические импульсы. Работа установки основана на измерении угла поворота шкива 10 измерительного блока 1 и времени, за которое данный поворот произошел.The training facility is able to track linear and angular displacements in dynamics and convert through an optical chopper into electrical impulses. The operation of the installation is based on measuring the angle of rotation of the pulley 10 of the measuring unit 1 and the time during which this rotation occurred.

Оптический прерыватель 7 (фиг.2) представляет собой диск 8 с радиальными прорезями 11 по его периферии и оптическую пару 9 - ИК (инфракрасный) излучатель (VD1) и ИК фотоприемник (VD2) из двух фотодиодов (фиг.4).The optical chopper 7 (figure 2) is a disk 8 with radial slots 11 at its periphery and an optical pair 9 - an IR (infrared) emitter (VD1) and an infrared photodetector (VD2) of two photodiodes (figure 4).

При повороте шкива 10 измерительного блока 1, оптический прерыватель 7 (диск 8 с прорезями 11 - фиг.2б) пропускает или задерживает луч, который излучает ИК излучатель и принимает ИК фотоприемник (VD2). В результате этого формируется сигнал от фотоприемника (VD2) с пологим фронтом и срезом. Импульс с зашумленным, несформированным фронтом и срезом непригоден для переключения цифровых устройств. Для привязки момента переключения к определенному пороговому уровню входного импульса When turning the pulley 10 of the measuring unit 1, the optical chopper 7 (disk 8 with slots 11 - fig.2b) passes or delays the beam that emits an IR emitter and receives an infrared photodetector (VD2). As a result of this, a signal is generated from the photodetector (VD2) with a flat front and a slice. A pulse with a noisy, unformed front and cut is not suitable for switching digital devices. To bind the switching moment to a certain threshold level of the input pulse

используют схему триггера Шмита 12, состоящую из двухкаскадного усилителя, охваченного слабой положительной обратной связью (микросхема DD1.1 - DD1.2, DD1.4 - DD1.5) (фиг.4). Триггер Шмита 12 в данной схеме используется в качестве пороговых устройств и формирователей прямоугольных импульсов из сигналов произвольной формы, в том числе и синусоидальных. DD1.3 и DD1.6 используются в качестве усилителей. Микросхема К561ЛН1 (DD1) выполнена по КМОП технологии (на комплементарных полевых транзисторах - металл - окисел - полупроводник) и работает от напряжения +12 вольт, на логических выходах которой формируются прямоугольные импульсы размахом от 0 до +8 вольт.use the Schmitt trigger circuit 12, consisting of a two-stage amplifier covered by weak positive feedback (microcircuit DD1.1 - DD1.2, DD1.4 - DD1.5) (Fig. 4). Schmitt trigger 12 in this circuit is used as threshold devices and shapers of rectangular pulses from arbitrary waveforms, including sinusoidal ones. DD1.3 and DD1.6 are used as amplifiers. The K561LN1 (DD1) microcircuit is made according to CMOS technology (on complementary field effect transistors - metal - oxide - semiconductor) and operates on a voltage of +12 volts, at the logic outputs of which rectangular pulses with a range from 0 to +8 volts are formed.

Стандарт СОМ-порта ЭВМ использует несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего провода - схемной земли. Логической единице соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне -12...-3В. Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12В. Для совместимости сигнала триггера Шмита 12 с логикой СОМ - порта ЭВМ служит преобразователь уровня напряжения (микросхема 13) выполненный на оптическом изоляторе АОТ101АС (микросхема МС DD2).The computer's COM port standard uses single-ended transmitters and receivers — the signal is transmitted relative to a common wire — circuit ground. The logical unit corresponds to the voltage at the input of the receiver in the range -12 ...- 3V. Logical zero corresponds to a range of +3 ... + 12V. For compatibility of the signal of the Schmitt trigger 12 with the logic of the COM-port of the computer, a voltage level converter (microcircuit 13) made on the AOT101AC optical isolator (microcircuit MS DD2) is used.

Сигналы от оптического прерывателя 7, преобразуемые электронным блоком преобразования сигналов 2 в понятные компьютеру сигналы, поступают на входы СОМ-порта ЭВМ 12 по двум каналам (OUT(1) и OUT(9) (фиг.4) и обрабатываются программно согласно заданию проводимой лабораторной работы.The signals from the optical chopper 7, converted by the electronic unit for converting signals 2 into computer-readable signals, are fed to the inputs of the COM port of the computer 12 via two channels (OUT (1) and OUT (9) (Fig. 4) and processed programmatically according to the assignment of the laboratory work.

При повороте вала 5 измерительного блока 1 на его выходах формируются импульсы, соответствующие открытию или закрытию оптической пары 9 (ИК инфракрасного излучателя (VD1) и ИК фотоприемника (VD2).When the shaft 5 of the measuring unit 1 is rotated, pulses are formed at its outputs corresponding to the opening or closing of the optical pair 9 (IR infrared emitter (VD1) and IR photodetector (VD2).

Диск 8 оптического прерывателя 7 имеет 90 прорезей 11, выполненных через 4 градуса, при этом возможны 4 случая: оба фотодиода фотоприемника VD2 подсвечиваются излучателем VD1; первый подсвечивается, а второй нет; второй подсвечивается, а первый нет; оба затенены. Поэтому можно отследить перемещение прерывателя в один градус, а чередование выходной The disk 8 of the optical chopper 7 has 90 slots 11, made through 4 degrees, while 4 cases are possible: both photodiodes of the photodetector VD2 are illuminated by the emitter VD1; the first is highlighted, and the second is not; the second is highlighted, but the first is not; both are shaded. Therefore, you can track the movement of the breaker in one degree, and the alternation of output

информации дает возможность определять направление перемещения, что позволяет осуществлять считывание параметров движения в ходе всего дви-жения исследуемого объекта в процессе проведения опыта.information makes it possible to determine the direction of movement, which allows the reading of motion parameters during the entire movement of the investigated object during the experiment.

Пример 1. Лабораторная работа «Измерение ускорения свободного паде-ния с помощью математического маятника».Example 1. Laboratory work "Measurement of the acceleration of free fall using a mathematical pendulum."

В работе необходимо определить ускорение свободного падения, зная параметры математического маятника: длину нити и период колебаний. Тогда из формулыIn the work, it is necessary to determine the acceleration of gravity, knowing the parameters of the mathematical pendulum: the length of the thread and the period of oscillation. Then from the formula

находимwe find

g=l4π2/T2 g = l4π 2 / T 2

где l - длина нити;where l is the length of the thread;

Т - период колебаний маятника;T is the oscillation period of the pendulum;

π=3,14 (математическая постоянная).π = 3.14 (mathematical constant).

Длина нити l определяется прямым измерением с помощью линейки. Для определения периода колебаний математического маятника используем измерительный блок комплекта. Для чего на шкив измерительного блока подвешиваем маятник и методом отклонения на некоторый малый угол (5-7 градусов) выводим его из состояния равновесия. При этом маятник начинает совершать периодические колебания, увлекая за собой шкив измерительного блока (без проскальзывания). Движение шкива прибора, связанного, с помощью оптического прерывателя, контролируется компьютером. С помощью компьютерной программы отслеживается движение груза как справа налево, так и в обратном направлении. Время между изменениями направления движения груза в точках максимального отклонения от положения равновесия является периодом математического маятника. На основе анализа данных, снимаемых с установки, компьютер программно определяет время, равное периоду колебаний, с помощью внутреннего таймера. При этом полностью исключается субъективный фактор точности измерения времени.The length of the thread l is determined by direct measurement using a ruler. To determine the period of oscillation of the mathematical pendulum, we use the measuring unit of the kit. Why do we suspend the pendulum on the pulley of the measuring unit and use the method of deflection to some small angle (5-7 degrees) to bring it out of equilibrium. In this case, the pendulum begins to make periodic oscillations, dragging along the pulley of the measuring unit (without slipping). The movement of the pulley connected by an optical chopper is controlled by a computer. Using a computer program, the movement of cargo is monitored both from right to left, and in the opposite direction. The time between changes in the direction of cargo movement at the points of maximum deviation from the equilibrium position is the period of the mathematical pendulum. Based on the analysis of data taken from the installation, the computer programmatically determines the time equal to the period of oscillation using an internal timer. In this case, the subjective factor of accuracy of time measurement is completely excluded.

Пример 2. Лабораторная работа «Измерение жесткости пружины».Example 2. Laboratory work "Measurement of spring stiffness."

Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна его удлинению и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела при деформации.The elastic force arising from the deformation of the body is proportional to its elongation and is directed opposite to the direction of movement of the particles of the body during deformation.

Fупр=-k хF control = -k x

х - удлинение пружиныx - spring extension

k - коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью пружины.k is the coefficient of proportionality, called the stiffness of the spring.

Согласно теории удлинение пружины будет пропорционально действующей силе, в данном случае, силе тяжести подвешиваемых грузов mg. Таким образом, для определения жесткости пружины, необходимо знать действующую силу (количество подвешиваемых грузов) и измерить удлинение пружины (х). Для определения удлинения пружины используем измерительный блок комплекта. Прибор позволяет регистрировать угловое перемещение шкива с точностью в 1 градус, что соответствует линейному перемещению (х) нити через шкив в 0.19 10-3 м. При увеличении массы подвешиваемого груза каждый раз, компьютер, по заложенной программе, подсчитывает удлинение пружины и коэффициент жесткости пружины: Ki=Fупрii According to the theory, the extension of the spring will be proportional to the acting force, in this case, the gravity of the suspended loads mg. Thus, to determine the stiffness of the spring, it is necessary to know the effective force (the number of suspended loads) and measure the elongation of the spring (x). To determine the extension of the spring, we use the measuring unit of the kit. The device allows you to register the angular movement of the pulley with an accuracy of 1 degree, which corresponds to the linear displacement (x) of the thread through the pulley in 0.19 10 -3 m. When the mass of the suspended load increases each time, the computer, according to the established program, calculates the spring extension and spring rate : K i = F control / x i

Claims (6)

1. Учебная установка для проведения лабораторных работ по механике, содержащая измерительный блок, закрепленный на штативе, и электронный блок преобразования сигналов, отличающаяся тем, что измерительный блок представляет собой устройство преобразования линейных и угловых перемещений в электрические импульсы и включает оптический прерыватель, закрепленный на одном конце вала, на другом конце которого закреплено приспособление для связи с исследуемым объектом, при этом выходы измерительного блока подключены к входам электронного блока преобразования сигналов, выходы которого являются входами последовательного СОМ-порта ЭВМ.1. Training facility for laboratory work in mechanics, comprising a measuring unit mounted on a tripod and an electronic signal conversion unit, characterized in that the measuring unit is a device for converting linear and angular displacements into electrical impulses and includes an optical chopper mounted on one the end of the shaft, on the other end of which is attached a device for communication with the test object, while the outputs of the measuring unit are connected to the inputs of the electronic unit and converting the signals whose outputs are inputs serial COM port of the computer. 2. Учебная установка по п.1, отличающаяся тем, что оптический прерыватель состоит из диска с радиальными прорезями по его периферии и оптической пары.2. The training installation according to claim 1, characterized in that the optical chopper consists of a disk with radial slots along its periphery and an optical pair. 3. Учебная установка по п.1, отличающаяся тем, что приспособление для связи с исследуемым объектом представляет собой шкив.3. The training installation according to claim 1, characterized in that the device for communication with the test object is a pulley. 4. Учебная установка по п.1, отличающаяся тем, что электронный блок преобразования сигналов содержит две ветви, каждая из которых включает последовательно соединенные триггер Шмита и микросхему преобразования уровня напряжения в уровень последовательного СОМ-порта ЭВМ, при этом входами электронного блока являются выходы оптического прерывателя по сигналам о величине и направлении перемещения исследуемого объекта.4. The training installation according to claim 1, characterized in that the electronic signal conversion unit contains two branches, each of which includes a Schmit trigger and a microcircuit for converting the voltage level to the level of the serial COM port of the computer, while the inputs of the electronic unit are optical outputs breaker for signals about the magnitude and direction of movement of the investigated object. 5. Учебная установка по п.4, отличающаяся тем, что триггер Шмита выполнен на комплементарных полевых транзисторах - металл - окисел - полупроводник.5. The training installation according to claim 4, characterized in that the Schmitt trigger is made on complementary field effect transistors - metal - oxide - semiconductor. 6. Учебная установка по п.4, отличающаяся тем, что микросхема преобразования уровня напряжения в уровень последовательного СОМ-порта ЭВМ выполнена на оптическом изоляторе.
Figure 00000001
6. The training installation according to claim 4, characterized in that the microcircuit for converting the voltage level to the level of the serial COM port of the computer is made on an optical isolator.
Figure 00000001
RU2005135673/22U 2005-11-03 2005-11-03 EDUCATIONAL INSTALLATION FOR LABORATORY WORKS ON MECHANICS RU57494U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005135673/22U RU57494U1 (en) 2005-11-03 2005-11-03 EDUCATIONAL INSTALLATION FOR LABORATORY WORKS ON MECHANICS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005135673/22U RU57494U1 (en) 2005-11-03 2005-11-03 EDUCATIONAL INSTALLATION FOR LABORATORY WORKS ON MECHANICS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU57494U1 true RU57494U1 (en) 2006-10-10

Family

ID=37436235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005135673/22U RU57494U1 (en) 2005-11-03 2005-11-03 EDUCATIONAL INSTALLATION FOR LABORATORY WORKS ON MECHANICS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU57494U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100412521C (en) Three-D small range force sensor
CN201955150U (en) Digital multifunctional vibration calibration system
CN201514297U (en) Test set for friction force dynamic process
RU57494U1 (en) EDUCATIONAL INSTALLATION FOR LABORATORY WORKS ON MECHANICS
CN205301525U (en) Multi -functional high -pressure vacuum circuit breaker mechanical characteristic testing arrangement
CN201787919U (en) Deformation detecting device
CN203053528U (en) Permanent magnet spring balance for demonstration
CN106943735B (en) Motion sensor and device for collecting amount of exercise
CN204537611U (en) Actual training device is debug in a kind of machine tool guideway and worm drive
CN107764307A (en) A kind of ultrasonic wave evaporation gauge automatic checkout equipment and detection method
CN209689858U (en) A kind of spring rate measuring device suitable for the test of ocean platform disassembly model
CN203116835U (en) Portable body weight measuring instrument based on acceleration sensors
Durovic Development of a simple interactive laboratory exercise for teaching the principles of velocity and position estimation
CN205808339U (en) A kind of opened gap measuring instrument
Purcaru et al. Testing and monitoring ultrasonic sensors for engineering education on electronic measurements
CN1061283A (en) Contactless force measuring method and device
Bilodeau et al. A device for presenting knowledge of results as a variable function of the magnitude of the response
SU1020854A1 (en) Educational apparatus on physics
SU997083A1 (en) Educational device on physics
CN210428992U (en) Angle test support based on singlechip
CN207556622U (en) A kind of magnetism float level meter
CN211979976U (en) Digital display centripetal force experimental instrument
CN202917077U (en) A magnetostrictive displacement sensing experimental instrument
RU166725U1 (en) STABILOMETRIC DEVICE FOR EVALUATING THE RESULTS OF PERFORMANCE OF Jumping on a trampoline
Setya et al. Design of Simple Harmonic Motion (SHM) devices based on IR obstacle sensors

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20061104