SU1067524A1

SU1067524A1 - Teaching-aid-device on mathematics

Info

Publication number: SU1067524A1
Application number: SU823443078A
Authority: SU
Inventors: Леонид Александрович Мазаев
Original assignee: Mazaev Leonid A
Priority date: 1982-05-14
Filing date: 1982-05-14
Publication date: 1984-01-15

Abstract

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО МЕХАНИКЕ , содержащее подвижную механическую систему с посто нныммагнитом, посредством т ги соединенную с сердечником электромагнита, датчик частоты , триггер, регул тор амплитуды, подсоединенный к обмотке электромагнита , ключи управлени , регистратор и блок питани , отличающеес тем, что, с целью расширени дидактических возможностей, оно снабжено генератором пилообразного напр жени и вторым датчиком частоты , электромагнит содержит вторую обмотку, а механическа система включает размещенную вертикально в подшипниках вращени трубку с прорез ми, ось, противовес с т гой и инерционные массы, закрепленные на противоположных концах коромысел , при этом первый датчик частоты соединен с входом Регистратора и первым входом триггера, второй датчик соединен с вторым входом триг .гера, выход которого через первый ключ соединен с управл ющим входом генератора пилообразного напр жени , выходы которого подсоединены к клеммам первой обмотки электромагнита, причем перва из клемм второй обмотки соединена с одним из выходов генератора пилообразного напр жени и первым выходом блока питани , второй выход которого через регул тор амплитуды соединен с второй клеммой (Л второй обмотки, при этом коромысла размещены в прорези трубки на оси и св заны посредством т г с противовесом и средечником электромагнита , размещенных на противоположных концах трубки.TRAINING MECHANICS TOOL, containing a movable mechanical system with a permanent magnet, connected via a cable to the electromagnet core, a frequency sensor, a trigger, an amplitude controller connected to the electromagnet winding, control keys, a recorder and a power supply that is different in that expanding didactic capabilities, it is equipped with a sawtooth generator and a second frequency sensor, the electromagnet contains a second winding, and the mechanical system includes a vertical winding rotational bearings, a slotted tube, an axis, a counterweight with thrust and inertial masses fixed at opposite ends of the rocker arms, the first frequency sensor connected to the Recorder input and the first trigger input, the second sensor connected to the second trigger input, which output through The first key is connected to the control input of the sawtooth generator, the outputs of which are connected to the terminals of the first winding of the electromagnet, and the first of the terminals of the second winding is connected to one of the outputs of the sawtooth generator voltage and the first output of the power supply, the second output of which is connected to the second terminal through the amplitude regulator (L of the second winding, with the rocker arms placed in the tube slot on the axis and connected by means of t to the counterweight and centerpiece of the electromagnet located at opposite ends tube.

Description

Изобретение относитс к учебным пособи м по механике и может быть использовано дл демонстрации законов изохронной ротации.The invention relates to teaching aids in mechanics and can be used to demonstrate the laws of isochronous rotation.

Известно учебное пособие по мехаНике , содержащее подвижную механичес кую систему с посто нным магнитом, посредством т ги соединенную с сердечником электромагнита, датчик частоты, триггер, регул тор амплитуды , подсоединенный к обмотке электро маг1нГита/ ключи управлени , регистратор и блок питани tWA mechanic textbook is known that contains a movable mechanical system with a permanent magnet connected to the electromagnet core, a frequency sensor, a trigger, an amplitude controller connected to the electromagnet winding / control keys, a recorder, and a power supply unit tW

Однако известное пособие не позвол ет демонстрировать законы изохронной ротации, что сужает его дидактические возможностиHowever, the known manual does not allow to demonstrate the laws of isochronous rotation, which limits its didactic possibilities.

Целью изобретени вл етс расширение дидактических возможностей. |The aim of the invention is the expansion of didactic possibilities. |

Поставленна цель достигаетс I тем, что учебное пособие по механике , содержащее подвижную механическую систему с посто нньил магнитом, посредством т ги соединенную с сердечником электромагнита,датчик частоты, тригзгер, регул тор с1мпли,туды , подсоединенный к обмотке электромагнита , ключи управлени , :регистратор и блок питани , снабжено генератором пилообразного напр жени и вторым датчиком частоты, электрома нит содержит вторую обмотку, а механическа система включает размет ценную вертикально в по;сц11ипниках вращени трубку с прорез ми, ось,противовес с т гой и инерционные массы, закрепленные на противоположных концах коромысел, при этом первый датчик частоты соединен с входом регистратора и первым входом триггера , второй соединён с рторым входом триггера, выход которого через первый ключ соединен с управл ющим входом генератора пилообразного напр жени ,,выходы которого подсоединены к клеммам первой обмотки электромагнита, причем перва из клемм второй обмотки соединена с одним из выходов генератора пилообразного напр жени и первым выходом блока питани , второй выход которого через регул тор амплитуды соединен с второй клеммой второй обмотки, при этом коромысла разйещены в прорези трубки на оси и св заны посредством т г с противовесом и сердечником электромагнита, размещенных на противоположных концах,трубки.The goal is achieved by the fact that a manual on mechanics containing a movable mechanical system with a permanent magnet connected to an electromagnet core by means of frequency, a frequency sensor, a trigger, a regulator, connected to the winding of the electromagnet, control keys: and a power supply unit, equipped with a saw-tooth voltage generator and a second frequency sensor, the electromotive device contains a second winding, and the mechanical system includes a valuable vertical component in rotation; cut, axis, counterbalance and inertial masses fixed at opposite ends of the rocker arms, with the first frequency sensor connected to the recorder input and the first trigger input, the second connected to the third trigger input, the output of which is connected to the control input through the first key generator sawtooth voltage, the outputs of which are connected to the terminals of the first winding of the electromagnet, and the first of the terminals of the second winding is connected to one of the outputs of the sawtooth generator and the first output of the power supply unit and, the second output of which is connected to the second terminal of the second winding through the amplitude regulator, while the rocker arms are spread in the tube slot on the axis and are connected to the counterweight and the core of the electromagnet located at opposite ends of the tube.

На фиг.1 изображена подвижна , механическа система, на фиг. 2 - .при ципиальна схема учебного пособи .Fig. 1 shows a movable, mechanical system; Fig. 2 -. The basic scheme of the textbook.

Учебное пособие содержит вертикальную трубку 1 с прорез ми 2, установленную в подаипниках вращени 3 В прорез х 2 на оси 4 установлены коромысла 5, на концах которых закреплены инерционные массы б, выполненные в виде металлических шаров. The manual contains a vertical tube 1 with slots 2, mounted in axes of rotation 3 In slots x 2 on axis 4 are mounted rocker arms 5, at the ends of which inertial masses b are fixed, made in the form of metal balls.

Коромысла 5 посредством т г 7-10 св заны с противовесом 11 и сердеч .НИКОМ электромагнита 12, расположенных на противоположных концах трубки 1 .The rocker arms 5 are connected to the counterweight 11 and the heart of the solenoid 12 located at opposite ends of the tube 1 by means of t g 7-10.

В трубке расположен посто нный магнит 13, взаимодействующий с дат чиками 14 и 15 частоты, выполненными в виде герконов, которые подсоединены соответственно к регистратору 1 и триггеру 17, который через ключ 18 подсоединен к управл ющему входу генератора 19 пилообразного напр жени . Выход генератора 19 подсоединен к первой обмотке 20 электрома1:нита 21, втора обмотка которого 22 чере регул тор 23 амплитуды подключена к блоку 24 питани , а через второй ключ 25 подключен генератор 19 пилообразного напр жени . Дл регулировани величины хода сердечника 12 имеетс упор 26.In the tube there is a permanent magnet 13, which interacts with frequency sensors 14 and 15, made in the form of reed switches, which are connected respectively to the recorder 1 and the trigger 17, which is connected via a switch 18 to the control input of the sawtooth generator 19. The output of the generator 19 is connected to the first winding 20 of the electroma1: nit 21, the second winding 22 of which amplitude regulator 23 is connected to the power supply 24, and the saw voltage generator 19 is connected via the second switch 25. To regulate the magnitude of the stroke of the core 12, there is an emphasis 26.

Учебное пособие работает следующим образом.The manual works as follows.

Перед демонстрацией изохронной ротации преподаватель .устанавливает в среднее положение регул тор 23 амплитуды, включает в сеть блок 24 питани и блок регистрации 16 и вывинчивает УПОР 26 faK, чтобы сердечник полностью вт нулс в катушки 21 , а инерционные массы 6 примкнулись к оси 1 вращени , при этом ключи 18 и 25 разомкнуты.Before demonstrating the isochronous rotation, the teacher sets the amplitude adjuster 23 to the middle position, turns on the power supply unit 24 and the recording unit 16 and unscrews the FOOT 26 faK so that the core completely retracts into the coils 21, and the inertial mass 6 joins the rotation axis 1, while the keys 18 and 25 are open.

После подготовки преподаватель накручивает на ось 1 вращени по стрелке А прочную нить ( нить не показана ) и т нет ее с нарастающей скоростью. При этом инерционные массы 6 занимают какую-то орбиту вращени , а ма тник начинает вращатьс с собственной частотой.After preparation, the teacher winds on axis 1 of rotation along arrow A a strong thread (the thread is not shown) and t does not have it with increasing speed. In this case, the inertial masses 6 occupy some kind of rotation orbit, and the dial begins to rotate with its own frequency.

За каждый оборот ма тника посто нный магнит 13 вырабатывает импульс на датчике 15, который поступает на вход регистратора 16, тем самым происходит регистраци угловой скорости oJ .For each turn of the tandem, a permanent magnet 13 generates a pulse on the sensor 15, which is fed to the input of the recorder 16, thereby registering the angular velocity oJ.

На движущиес по круговой орбите инерционные массы 6 действует центробежна сила, котора уравновешена кулоновской силой, развиваемой сердечником 12 от взаимодействи с магнитным полем первой обмотки 20 . IThe inertial masses moving in a circular orbit 6 are affected by centrifugal force, which is balanced by the Coulomb force developed by the core 12 from interacting with the magnetic field of the first winding 20. I

Дл демонстрации квантового перехда энергии преподаватель устанавливает регул тор 23 в нулевое положение и устанавливает упор 26 так, чтобы сердечник 12 полностью входил в катушку 21, а инерционные массы 6 прижаты к оси 1 вращени , затем переводит генератор пилообразного напр жени в режим работы с подачей импульса от руки, установив при этом максимальную длительность нарастани импульса ( например 3 с) и максимальную амплитуду импульса. После этого преподаватель включает регистратор 16 и блок 24 питани в сеть, а затем,намотав нить на ось 1 вращени , т нет ее с нарастающей скоростью . Под действием центробежной аилы массы займут максимальную орбиту. После отделени нити от ма тника наблюдатель записывает показание исходной угловой скорости на регист раторе 16 и включает ключ 25. Генер тор 19 пилообразного напр жени выдает в цепь второй обмотки 22 нарас ющее напр жение, вследствие чего, сер дечник 12 плавно вт гиваетс в катушку 21, инерционные массы 6, 5 и начинают сблизхать-с со скоростью ук |рочени радиуса /. . В момент когда инерционные массы 4,6 и 5,7 займут минимальную орбиту flrry n (массы 4,6 и 5,7 прижаты оси 1 вращени ) наблюдатель записыв ет показание угловой скорости сдЭг по регистрирующему устройству 16. Наблюдатель, зна исходную угло вую скорость.о) и максимальный ради орбиты так I вычисл ет момент кол чества движени ма тника по известн формуле L-cJfrtp, момент количества движени ; « - углова скорость, nij -суммарна масса 1(,гп,- инерционных масс 4, 5, 6 Ртах максимальный радиус орби ты. Затем, подставив значение prn-Jn полученное значение момента количес ва движени в формулу, наблюдатель определ ет при о(: const значение угл вой скорости где tJ,. - теоретическа углова скорость ма тника дл минимального радиуса о биты ; момент количества двиm 177,1-mg+- суммарна масса инерци т т онных масс 4, 5, 6 и 7 Р.„-п - минимальный радиус орСравнива угловые скорости, полученную опытным путем и и)-г полученную теоретическим путем, наблюдатель видит, что - Дл демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации устана ливают упор 26 так, чтобы сердечник 12полностью вошел в катушку 21. Устанавливают регул тор 23 в среднее положение и включают блок 24 питани и регистратор 16 в сеть, ключи 18 и 25 при этом разомкнуты. Затем преподаватель , намотав нить на ось 1 вращени , т нет ее с нарастающей скоростью . Определив частоту изохронной ротации на генераторе 19, устанавливают частоту следовани импульсов равной этой частоте и скорость нарастани равной скорости изохронной ротации . nocJie указанных манипул ций оператор включает ключи 18 и 25, в результате чего схема ма тника переходит в режим автогенерации. Действительно, посто нный магнит 13вырабатывает на первом датчике 14импульс, который, поступа на первый вход триггера 17, включает его. Выработанный импульс р выхода триггера 17 поступает через ключ 18 на вход генератора 19 пилообразного напр жени , в результате чего происходит запуск. Когда Через полоборота второй дат .чик 15 выработает импульсы, которые поступ т на второй вход триггера 17 и опрокинут его в исходное положение , генератор 19 отсечет нарастание переднего фронта пилообразного импульса. Поступающий пилообразный импульс тока с выхода генератора 19 на вход второй обмотки 22 создает на ней дополнительное магнитное поле, нарастающее со скоростью нарастани переднего фронта импульса, под действием чего сердечник 12 вт гиваетс в катушку 21 со скоростью,нарастани переднего фронта импульса. Вт гивание магнита 13 приводит к уменьшению радиуса,ротации ма тника. По окончании действи импульса массы 6 под действием центробежных сил увеличивают орбиту. Явление фиолетова катастрофа демонстрируетс сразу же после демонстрации параметрического резонанса . Дл этого, не перестраива схемы, увеличиваетс скорость нарастани фронта импульса в два раэа, в результате чего происходит срывизОхронной ротации, т.е. ротаци буд«)Т затухающей , что соответствует влению фиолетова катастрофа. Применение предлагаемого изобретени позвол ет нагл дно раскрыть влени : Квантовый переход ; Дефект закона сохранени момента количества движени и фиолетова катастрофа , что существенно расшир ет дидактические возможности прибора.To demonstrate quantum energy transfer, the teacher sets the controller 23 to the zero position and sets the stop 26 so that the core 12 completely enters the coil 21, and the inertial masses 6 are pressed to the rotation axis 1, then puts the sawtooth generator into operation. by hand, setting the maximum pulse rise time (for example, 3 s) and the maximum pulse amplitude. After that, the teacher turns on the recorder 16 and the power supply unit 24 into the network, and then, winding the thread on the axis of rotation 1, t does not have it with increasing speed. Under the action of centrifugal ayla masses will occupy the maximum orbit. After the thread is separated from the master, the observer records the indication of the initial angular velocity on the register 16 and turns on the key 25. The generator 19 of the saw-tooth voltage delivers an increasing voltage to the circuit of the second winding 22, as a result of which the core 12 smoothly retracts into the coil 21 , inertial masses 6, 5 and begin to approach, with a speed of sharpening a radius /. . At the moment when the inertial masses 4.6 and 5.7 occupy the minimum orbit of flrry n (masses 4.6 and 5.7 are pressed against the rotation axis 1), the observer records the angular velocity reading sdEg using the recording device 16. The observer, knowing the initial angular velocity .o) and the maximum for the orbit: so I calculates the moment of the amount of the movement of a tatulum using the formula L-cJfrtp, the moment of the amount of movement; "Is the angular velocity, nij is the total mass 1 (, gp, is the inertial mass of 4, 5, 6 pts) the maximum radius of the orbit. Then, substituting the value of prn-Jn, the obtained value of the moment of the amount of motion in the formula, the observer determines at o ( : const is the angular velocity where tJ ,. is the theoretical angular velocity of the dotnika for the minimum radius of the bits, the moment of quantity is 177.1-mg + is the total mass of inertial mass masses of 4, 5, 6 and 7 P. - n - the minimum radius of the orCravnival angular velocity, obtained experimentally and (u) -d, obtained theoretically, by the observer sees that — To demonstrate parametric resonance of isochronous rotation, stop 26 is set so that core 12 completely enters coil 21. Set controller 23 to the middle position and turn on power supply 24 and recorder 16 into the network, and keys 18 and 25 are open. Then the teacher, winding the thread on the axis of rotation 1, does not have it at an increasing speed. Having determined the frequency of isochronous rotation on the generator 19, set the pulse frequency to be equal to this frequency and the rate of increase equal to the isochronous rotation speed. The nocJie of the indicated manipulations the operator switches on the keys 18 and 25, as a result of which the master circuit goes into the autogeneration mode. Indeed, the permanent magnet 13 produces a 14 pulse on the first sensor, which, acting on the first input of the trigger 17, switches it on. The developed impulse p of the output of the trigger 17 is supplied through the key 18 to the input of the generator 19 of the sawtooth voltage, as a result of which a start occurs. When after a half-turn the second date 15 will generate pulses that go to the second input of the trigger 17 and overturn it to its original position, the generator 19 will cut off the rise of the leading front of the saw-tooth pulse. The incoming sawtooth current pulse from the output of the generator 19 to the input of the second winding 22 creates an additional magnetic field on it, which increases with the rate of rise of the leading edge of the pulse, under the action of which the core 12 is drawn into the coil 21 with the rate of growth of the leading edge of the pulse. The engagement of magnet 13 leads to a decrease in the radius, rotation of the tandem. At the end of the impulse, the mass 6 under the action of centrifugal forces increases the orbit. The violet catastrophe phenomenon is demonstrated immediately after the demonstration of parametric resonance. For this, without rebuilding the circuit, the rate of rise of the pulse front increases by two times, as a result of which disruption of the synchronous rotation occurs, i.e. the rotation of the bud “) T is damped, which corresponds to the appearance of a violet catastrophe. The application of the present invention allows to uncover the following phenomena: Quantum transition; The defect of the law of conservation of angular momentum and violet catastrophe, which significantly expands the didactic capabilities of the device.

Claims

EDUCATIONAL INSTRUCTIONS ON MECHANICS, containing a movable mechanical system with a permanent magnet, by means of a rod connected to the core of an electromagnet, a frequency sensor, a trigger, an amplitude regulator connected to an electromagnet winding, control keys, a recorder and a power supply unit, characterized in that, in order to expand didactic opportunities, it is equipped with a sawtooth voltage generator and a second frequency sensor, the electromagnet contains a second winding, and the mechanical system includes vertically placed bearings the rotation tubes with slots, an axis, a counterweight with traction and inertial masses fixed at opposite ends of the rocker arm, with the first frequency sensor connected to the recorder input and the first trigger input, the second sensor connected to the second trigger input, the output of which is connected through the first key with a control input of the sawtooth generator, the outputs of which are connected to the terminals of the first winding of the electromagnet, the first of the terminals of the second winding connected to one of the outputs of the sawtooth generator and the first power supply output, the second output of which through the amplitude controller connected to the second terminal of the second coil, wherein the rocker arm has a slot on the tube axis and are connected by a rod with a counterweight and sredechnikom electromagnet disposed on opposite ends of the tube.

SU 106752