SU1707613A1 - Устройство дл демонстрации колебательных процессов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к средствам обучени , в частности к учебным приборам ПО фИЗИКе. И УОЖет быТо ИГГ:СЛЬЭСВЭНО В р де лекционных нагл дных экспериментов по физике при изучении колебаний. Цель изобретени  - повышение нагл днссти путем обеспечени  линейной зависимости затухани  от скорости колебаний. Устройство дл  демонстрации колебательных процессов содержит колебательный элемент в виде градуированного диска, кинематически св занный с приводом возмущающей силы, и средство дл  затуланик колебаний. Длс. подвешен в горизонтальной плоскости с возможностью колеоаний вокруг подс.-СЭ. а средство затулони  выоплнено о виде конического с в зкой жидкостыс и помещенного в него с возможностью I-:M ji-e. глубины погружени  конического гр, з;. ;; заннсго с диском посре оспой с диском. 3 ил. IC tiCM , ССи

Description

Изобретение относитс  к средствам обучени , Б частности к учебным приборам по физике, и может быть широко использовано в р де лекционных нагл дных экспериментов , таких, например, как демонстраци  собственных колебаний системы , вынужденных колебаний, резонанса, затухающих колебаний, декремента затухани  и т.д., и найдет широкое применение в таких курсах физики, как Оптика, Колебани  и волны, Спектроскопи  и т.д.

Целью изобретени   вл етс  повышение нагл дности путем обеспечени  линейной зависимости процесса затухани  от скорости колебаний.

На фиг.1 приведена графическа  схема устройства; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на

фиг.З - грэф1 , схема устройстез ev1 ант.

-СТрСч -С.ТЕО

стр.ацг.

тельных процессов содержит .ьй со стопкой 1 колебательный элемент в виде градуированного диска 2. подвешенный в горизонтальной плоскости с возможностью колебани  вокруг подвеса 3.

Средство дл  затухани  колебаний диска 2 состоит из конического стакакэ J. заполненного в зкой жидкостью 5 и помещенного в него конического полого груза б, установленного на штанге 7 соос- ной с подвесом 3 с возможностью изменени  глубины погружени . Погружение регулируетс  винтом 8. Привод возмущающей силы состоит из электродвигател  9, регул тора 10 числа оборотов. Двигатель сос

о

JCA

;

единен с кривошипно-шатунным механизмом 11. св занным посредством нити 12 и пср.оротного блока 13 с установленным на втулке 14 рычагом 15. При этом втулка установлена на стойке 1 и св зана с подвесом 3 диска 2. Один конец рычага 15  вл етс  индикатором положени  возмущающей силы , а другой конец прикреплен к неподвижной амортизирующей пружине 16. Шкала диска 2 служит дл  измерени , амплитуды колебаний, указатель 17 - дл  установки начального положени  и отсчета амплитуды . Шкала возмущающей силы выполнена в виде градуирован ной неподвижной втулки 1В,установленной на стойке 1.

Устройство дл  демонстрации колебательных процессов (фиг.З) шкала дл  изменени  амплитуды колебаний неподвижна, а регулируемый указатель 17 находитс  на ;;иске, примем дл  установки начального по- сжени  указатель 17 можно перемещать ; тноситольно диска 2.

Устройство дл  демонстрации колебательных процессов работает следующим ,.

При колебании груза, подвешенного на пружине, зависимость амплитуды и фазы отчужденных колебаний от частоты остаетс  в силе и дл  крутильных колебаний. Нужно то. во всех формулах заменить силы моментами соответствующих сил, массу груза - моментом инерции диска, коэффи- циент жесткости пружины - модулем кручени  подвеса, а координату груза - углом поворота диска, поэтому преобразовани  привод т к зависимости угла поворота р в виде соотношени 

. , , ID A

/5 П1Р ЙЬ Ар

где (Дэ - собственна  (кругова ) частота колебанийтела;

частота вынуждающей силы:

А - амплитуда колебаний тела при дзн- ной частоте вынуждающей силы;

Арез амплитуда его колебани  при резонансе .

Если диск 2 повернуть на некоторый угол (f вокруг вертикальной оси, а затем о1 густить, по он будет совершать вокруг оси крути .ьны-i: колебани  с собственней частотой , котора  зэв/.сит от момента инерции диска.2 вместе с коническим грузом б и модул  кручени  подоеса 3. Благодар  внутреннему трению, возникающему в слое в зкой жидкости между стенками груза 6 и стзкпнэ 4, на груз 6 действует момент сил, пропорциональный углоьой скорости диска и вызывающий затухание его колебаний. Ззтуоние увеличиваетс 

при опускании конического груза 6 в в зкую жидкость 5, поскольку при этом зазор между стенками груза 6 и стакана 4 уменьшаетс  с увеличением глубины погружени  конического груза в в зкую жидкость 5.

Устройство дл  демонстрации колебательных процессов используетс  следующим образом.

Индикаторы 17 и 15 шкал устанавлива- 0 ют в нулевое положение путем их передвижени  при выключенной возмущающей силе.

При демонстрации определени  периода и частоты собственных колебаний вынуть 5 конический груз 6 из в зкой жидкости 5 вверх и закрепить винтом 8. Отклон ют рукой ма тник на фиксированное положение и. измер   среднее врем  То заданного числа колебаний, демонстрируют определение

0 1 частоты собственных колебаний .

I о

Дл  демонстрации декремента затухани  колебаний конический груз 6 опускают на фиксированный уровень в конический

5 стакан А с в зкой жидкостью 5. Отклон ют рукой диск 2 на фиксированное положение АО и отпускают. При возвращении в исходное положение диска 2 последовательно фиксируют значени  его положени  по шка0 ле, например Ai,A2,....An отклонени  в относительных единицах шкалы, и определ ют декремент затухани  колебаний по соотношению Д

Ап-1

и соответственно логарифмический декремент затухани :

a -In Дср 2, Дср. Дл  демонстрации вынужденных колебаний включают электродвигатель 9. регул тором оборотов двигател  10 устанавливают частоту возмущающей силы по шкале 18 и фиксируют амплитуду отклонени  диска 2 по его шкале, затем, измен   частоту возмущающей силы, показывают

изменение амплитуды колебаний диска 2 в зависимости от возмущающей силы и прохождение колебательной системы через резонанс , причем прибор дает возможность нагл дно убедитьс  в том, что вначале при малых частотах возбуждающей силы (до резонанса ) направлени  колебаний возмущающей силы и сопадают: стрелки по шкале 16 и пошкаг.е диска 2 движутс  в одну сторону одновременно. Наоборот, при прохождении резонангэ (после резонанса) направление колебаний возмущающей силы и диска 2 противоположны: колебани  диска 2 отстают по фазе от колебаний возмущающей силы на 180°.

Измен   затухание колебательной системы путем изменени  положени  подвижного конического груза 6 в в зкой жидкости 5, демонстрируют угол сдвига фаз между возмущающей силой и колебани ми диска. При этом учитывают, что колебани  возму- щающей силы отстают по фазе от колебаний диска. При этом также имеетс  возможнос ность затухающих колебаний диска за счет изменени  положени  конического груза в в зкой жидкости.

Таким образом, устройство дл  демонстрации колебательных процессов дает воз- можность демонстрировать такие колебательные процессы, как собственные колебани  и их частота, декремент затухани  и возможность его анализа, резонанс- ные колебани  с возможностью визуализации фазовых соотношений между возмущающей силой и колебани ми ма т-

ника, затухающие колебани  и их фазовые соотношени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  демонстрации колебательных процессов, содержащее св занный со стойкой колебательный элемент в виде градуированного диска, кинематически св занный с приводом возмущающей силы, и средство дл  затухани  колебаний, отличающеес  тем, что, с целью повышени  нагл дности путем обеспечени  линейной зависимости процесса затухани  от скорости колебаний, диск подвешен на стойке в горизонтальной плоскости с возможностью колебаний вокруг подвеса, средство затухани  выполнено в виде конического стакана, заполненного в зкой жидкостью, и помещенного в него с возможностью изменени  глубины погружени  конического груза, св занного с диском посредством штанги, расположенной соосно с подвесом диска.

   е

   А

   15

   П

   18

   Фиг. 2

   2206