RU98074U1

RU98074U1 - EDUCATIONAL INSTRUMENT ON THEORETICAL MECHANICS

Info

Publication number: RU98074U1
Application number: RU2010116453/12U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Петрович Белов; Ростислав Александрович Куклев; Михаил Васильевич Кузнецов; Игорь Александрович Чернов
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2010-09-27

Abstract

Учебный прибор по теоретической механике, содержащий основание с кронштейном, на котором закреплены ударный стержень с перемещающимся по нему бойком и физический маятник со средством его подвеса, фиксатором удержания физического маятника в отклоненном положении и регистрирующее устройство в виде упругого демпфера из опорных чашечек и стрелочного указателя, взаимодействующего с осью качания физического маятника, отличающийся тем, что физический маятник и ударный стержень установлены в горизонтальном положении, ударный стержень стационарно закреплен на основании и совмещен с мерной линейкой на его боковой поверхности, на физическом маятнике предусмотрен подвижный груз со стопором для его фиксации на маятнике, а демпфер и стрелочный указатель жестко соединены с осью качания физического маятника. A teaching device in theoretical mechanics, containing a base with a bracket on which a shock rod with a striking rod moving along it and a physical pendulum with a means of its suspension, a latch for holding the physical pendulum in a deflected position and a recording device in the form of an elastic damper from the support cups and arrow pointer are fixed, interacting with the swing axis of the physical pendulum, characterized in that the physical pendulum and the shock rod are installed in a horizontal position, the shock rod -stationary fixed to the base and is aligned with the measuring line on its side surface, on the physical pendulum movable weight is provided with a stopper for fixing it on the pendulum and the damper and the dial pointer is rigidly connected to the rocking axis of a physical pendulum.

Description

Полезная модель относится к учебным и наглядным пособиям и может быть использована в учебном процессе Вузов.The utility model relates to educational and visual aids and can be used in the educational process of universities.

Известен комбинированный учебный прибор для изучения физического и математического маятников, параметров растяжения и изгиба материалов и определения вязкости жидкости методом Стокса.A well-known combined training device for studying the physical and mathematical pendulums, the parameters of tension and bending of materials, and determining the viscosity of a liquid by the Stokes method.

Часть этого прибора, предназначенная для изучения колебаний физического и математического маятников, содержит стержень с подвесом и перемещающийся вдоль стержня подвижный груз, причем ось качания подвеса выполнена в виде стальной призмы ребро которой расположено горизонтально (RU 2026572; кл. G09В 23/06,1995).The part of this device, designed to study the oscillations of the physical and mathematical pendulums, contains a rod with a suspension and a moving load moving along the rod, the suspension swinging axis being made in the form of a steel prism whose rib is horizontal (RU 2026572; CL G09B 23 / 06,1995) .

Существенным недостатком данного устройства является невозможность демонстрации ударных реакций в точке подвеса физического маятника и непосредственного измерения величины радиуса инерции с целью последующего определения момента инерции, поскольку в аналоге момент инерции определяется расчетом по результатам регистрации периода колебаний физического маятника, что требует использования дополнительных технических средств измерения временных интервалов.A significant drawback of this device is the impossibility of demonstrating shock reactions at the point of suspension of the physical pendulum and directly measuring the value of the radius of inertia for the subsequent determination of the moment of inertia, since in analogy the moment of inertia is determined by calculation based on the results of recording the period of oscillations of the physical pendulum, which requires the use of additional technical means of measuring time intervals.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является учебный прибор по теоретической механике для демонстрации ударных реакций, возникающих в точке подвеса физического маятника, содержащий основание, установленную на основании вертикальную стойку с кронштейном, на котором подвешен ударный стержень с перемещающимся по нему бойком и закреплен физический маятник с осью его качания, фиксатор для удержания ударного стержня, средство подвеса физического маятника, состоящее из двух демпферов и регистрирующее устройство из двух стрелок, взаимодействующих с осью качания, и шкалы (SU 1392588; кл. G09В 23/06 1988).The closest in technical essence to the proposed utility model is a theoretical mechanics training device for demonstrating shock reactions that occur at the point of suspension of a physical pendulum, containing a base mounted on the base of a vertical strut with an arm, on which the shock rod is suspended with the striker moving along it and fixed physical pendulum with its axis of swing, a latch for holding the shock rod, means of suspension of the physical pendulum, consisting of two dampers and registering the a triad of two arrows interacting with the swing axis and a scale (SU 1392588; CL G09B 23/06 1988).

Недостатками данного устройства являются: недостаточная наглядность демонстрации ударной реакции и невозможность ее количественной оценки в точке подвеса физического маятника, являющегося силой динамического давления вращающегося тела на ось его качания, поскольку угол расхождения стрелок характеризует величину момента на вилке подвесного устройства от сил деформирования упругих элементов демпфера и дает только качественное представление об изменении величины динамического давления в зависимости от точки удара; невозможность демонстрировать влияние закона распределения массы по длине физического маятника на расстояние от оси качания до центра удара и на значение радиуса инерции и момента инерции физического маятника в связи с отсутствием на его поверхности подвижного груза со стопором.The disadvantages of this device are: insufficient demonstration of the shock reaction and the impossibility of its quantitative assessment at the point of suspension of the physical pendulum, which is the force of the dynamic pressure of the rotating body on its swing axis, since the divergence angle of the arrows characterizes the moment on the fork of the suspension device from the deformation forces of the elastic elements of the damper and gives only a qualitative idea of the change in the value of dynamic pressure depending on the point of impact; the inability to demonstrate the influence of the law of mass distribution along the length of the physical pendulum on the distance from the axis of swing to the center of the impact and on the value of the radius of inertia and the moment of inertia of the physical pendulum due to the absence of a moving load with a stopper on its surface.

Целью предполагаемой полезной модели является повышение наглядности демонстрации и обеспечение возможности измерения ударных реакций, возникающих в точке подвеса физического маятника, увеличение точности определения его радиуса инерции, в том числе с учетом закона изменения массы по длине физического маятника.The purpose of the proposed utility model is to increase the visibility of the demonstration and provide the ability to measure shock reactions that occur at the point of suspension of the physical pendulum, increase the accuracy of determining its radius of inertia, including taking into account the law of change of mass along the length of the physical pendulum.

Для достижения этой цели в известном учебном приборе по теоретической механике для демонстрации ударных реакций, возникающих в точке подвеса физического маятника, содержащем основание, установленную на основании вертикальную стойку с кронштейном, на котором подвешен ударный стержень с перемещающимся по нему бойком и закреплен физический маятник с осью его качания, фиксатором для удержания ударного стержня и физического маятника с демпферами и регистрирующее устройство со стрелками и измерительной шкалой, физический маятник и ударный стержень установлены горизонтально, причем последний совмещен с мерной линейкой и стационарно закреплен на основании, на поверхности физического маятника предусмотрен подвижный груз со стопором для фиксации его положения, ось качания физического маятника жестко соединена с подвижной частью демпфера и стрелкой регистрирующего устройства.To achieve this, in a well-known theoretical mechanics training device for demonstrating shock reactions that occur at a suspension point of a physical pendulum containing a base, a vertical strut with a bracket mounted on the base, a shock rod with a striker moving along it, and a physical pendulum with an axis mounted its swing, a latch for holding the shock rod and the physical pendulum with dampers and a recording device with arrows and a measuring scale, a physical pendulum and shock rod mounted horizontally, the latter being aligned with a ruler measuring and permanently fixed to the base, on the surface of a physical pendulum movable weight is provided with a stopper for fixing its position, physical pendulum swing axis is fixedly connected to the movable portion of the damper and the arrow of the recording device.

На чертеже изображен учебный прибор, общий вид. На основании 1 с регулируемыми опорами 2 горизонтально закреплен ударный стержень 3 с мерной линейкой 4 и перемещающимся вдоль стержня бойком 5. На основании посредством кронштейна 6 закреплены демпфер и ось качания 7 физического маятника 8, на котором установлен подвижный груз 9 со стопором 10, фиксирующем груз на поверхности физического маятника. Узел регулировки углового положения физического маятника состоит из стойки 11, закрепленного на основании прибора и фиксатора 12. Демпфер гашения ударных реакций содержит упругую связь (пружину) 13, закрепленную в опорных телескопических чашках 14, причем верхняя подвижная чашка жестко соединена с осью качания 7 и совмещена со стрелкой 15, движущейся вдоль шкалы регистрации ударного воздействия 16, а нижняя чашка - с кронштейном 6 крепления демпфера.The drawing shows a training device, a General view. On the base 1 with adjustable supports 2, an impact rod 3 is horizontally fixed with a measuring ruler 4 and the striker 5 moving along the rod. On the base, a damper and a swing axis 7 of the physical pendulum 8 are fixed, on which a movable load 9 is mounted with a stopper 10 securing the load on the surface of a physical pendulum. The node for adjusting the angular position of the physical pendulum consists of a rack 11, mounted on the base of the device and the latch 12. The shock absorber damper for shock reactions contains an elastic connection (spring) 13, fixed in the supporting telescopic cups 14, and the upper movable cup is rigidly connected to the swing axis 7 and combined with an arrow 15 moving along the scale of registration of the impact 16, and the lower cup with the bracket 6 for attaching the damper.

Прибор работает следующим образом.The device operates as follows.

Перед началом эксперимента физический маятник 8 переводят из горизонтального положения в наклонное на угол 45…75 градусов и закрепляют его на кронштейне 11 с помощью фиксатора 12. Произвольно устанавливают боек 5 ударного стержня 3 и отмечают его место установки на мерной линейке 4. Удалением фиксатора 12 высвобождают физический маятник 8, который совершает вращательное движение относительно оси качания 7 и совершает удар по бойку 5. Стрелка 15 регистрации ударного воздействия, жестко соединенная с осью качания 7, вначале перемещается по шкале 16 выше иди ниже исходной отметки на шкале пропорционально динамическому давлению на ось качания маятника и далее совершает затухающее колебательное движение. При этом демонстрируют три случая возникновения ударных реакций, зависящие от места удара физического маятника 8 по бойку 5.Before the start of the experiment, the physical pendulum 8 is moved from a horizontal position to an inclined angle of 45 ... 75 degrees and secured to the bracket 11 using the latch 12. Arbitrarily set the firing pin 5 of the shock rod 3 and mark its installation location on the measuring line 4. Release the latch 12 physical pendulum 8, which rotates relative to the axis of swing 7 and strikes the striker 5. Arrow 15 recording impact, rigidly connected to the axis of swing 7, first moves on a scale of 16 above go below the initial mark on the scale in proportion to the dynamic pressure on the swing axis of the pendulum and then makes a damped oscillatory motion. In this case, three cases of the occurrence of shock reactions are demonstrated, depending on the place of impact of the physical pendulum 8 on the striker 5.

В первом случае, при котором не возникают ударные реакции на оси качания 7, удар производится по бойку 5, расположение которого совпадает с «центром удара» физического маятника 8. В этом случае стрелка 15 регистрации ударного воздействия будет находиться в состоянии покоя. Расстояние от оси качания 7 до места установки бойка 5 отмечают на мерной линейке 4, оно будет равно радиусу инерции ρ исследуемого физического маятника.In the first case, in which shock reactions do not occur on the swing axis 7, the impact is made on the striker 5, the location of which coincides with the "center of impact" of the physical pendulum 8. In this case, the arrow 15 for recording the impact will be at rest. The distance from the swing axis 7 to the installation site of the striker 5 is marked on the measuring line 4, it will be equal to the radius of inertia ρ of the investigated physical pendulum.

Во втором случае, при нанесении удара левее «центра удара», на оси качания 7 возникают ударные реакции, стрелка 15 с осью качания сместится вниз, сжимая упругий элемент 13 демпфера, а затем будет совершать быстро затухающие колебания.In the second case, when striking to the left of the “center of impact”, shock reactions occur on the swing axis 7, the arrow 15 with the swing axis moves down, compressing the elastic element 13 of the damper, and then it will quickly decay.

В третьем случае демонстрацию нанесения удара правее «центра удара» осуществляют аналогично.In the third case, the demonstration of striking to the right of the "center of impact" is carried out similarly.

С целью исследования влияния закона распределения масс по длине физического маятника на расположение «центра удара» перед началом эксперимента расфиксируют стопор 10 на подвижном грузе 9 и смещают груз к левому или правому концу корпуса физического маятника 8, закрепляют стопором 10 и отмечают его новое положение на мерной линейке и повторяют эксперимент по исследованию ударных реакций на оси вращающегося физического маятника.In order to study the effect of the law of mass distribution along the length of the physical pendulum on the location of the “center of impact”, before the start of the experiment, the stopper 10 is unlocked on the movable load 9 and the load is shifted to the left or right end of the body of the physical pendulum 8, fixed by the stopper 10 and its new position is marked on the measured lineup and repeat the experiment to study shock reactions on the axis of a rotating physical pendulum.

Величину радиуса инерции ρ, равную расстоянию от оси качания физического маятника до «центра удара», определяют по шкале мерной линейки ударного стержня, а затем вычисляют момент инерции I, зная массу m маятника, по формуле I=mρ² The value of the radius of inertia ρ, equal to the distance from the swing axis of the physical pendulum to the "center of impact", is determined by the scale of the measuring line of the shock rod, and then the moment of inertia I is calculated, knowing the mass m of the pendulum, by the formula I = mρ ²

Оценка величины динамического давления на ось качания физического маятника осуществляют снятием отсчета отклонений стрелки на шкале регистрации ударного воздействия, на которой цена деления в единицах силы может быть определена по результатам предварительной тарировки пружины демпфера.The dynamic pressure on the swing axis of the physical pendulum is estimated by taking the reference point of the deviations of the arrow on the impact impact registration scale, on which the division price in units of force can be determined by preliminary calibration of the damper spring.

Предлагаемый учебный прибор позволяет повысить наглядность демонстрации, обеспечить возможность измерения ударных реакций, возникающих на оси вращающихся тел, и увеличить точность определения радиуса инерции и момента инерции с учетом закона изменения массы по длине физического маятника.The proposed training device allows you to increase the visibility of the demonstration, to provide the ability to measure shock reactions that occur on the axis of rotating bodies, and to increase the accuracy of determining the radius of inertia and moment of inertia, taking into account the law of change of mass along the length of the physical pendulum.

Ожидается положительный качественный эффект при изучении соответствующих разделов физики и механики, экономический эффект от лучшего усвоения демонстрируемых физических законов.A positive qualitative effect is expected when studying the relevant branches of physics and mechanics, the economic effect of a better assimilation of the demonstrated physical laws.

Claims

A teaching device in theoretical mechanics, containing a base with a bracket on which a shock rod with a striking rod moving along it and a physical pendulum with a means of its suspension, a latch for holding the physical pendulum in a deflected position and a recording device in the form of an elastic damper from the support cups and arrow pointer are fixed, interacting with the swing axis of the physical pendulum, characterized in that the physical pendulum and the shock rod are installed in a horizontal position, the shock rod -stationary fixed to the base and aligned with the measuring line on its side surface, on the physical pendulum movable weight is provided with a stopper for fixing it on the pendulum and the damper and the dial pointer is rigidly connected to the rocking axis of a physical pendulum.