SU896670A1 - Учебное пособие "ма тник - Google Patents

Description

(54) УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ «МАЯТПИК

1

Изобретение относитс  к учебным пособи м по физике и может быть использовано дл  демонстрации колебаний математического ма тника.

Известно учебное пособие «Ма тник, содержаи ее блок питани , нить, подвес, ось качани , электромагнит и геркон 1.

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что оно не позвол ет демонстрировать амплитудно-фазовые характеристики автоколебательного процесса, что значительно сужает демонстрационные возможности .

Цель изобретени  - повышение демонстрационных возможностей.

Указанна  цель достигаетс  тем, что учебное пособие «Ма тник, содержащее блок питани , нить, подвес, ось качани , электромагнит и геркон содержит датчики угловых перемещений, линейных перемещений , и экстремальных положений подвесов, электромагнитные реле, дифференцирующие  чейки, триггер, ждущие мультивибраторы, усилитель, регул тор амплитуды, ключи, двухканальный видеоконтрольный блок, электросекундомер и подпружиненный груз.

причем к пе.рвому выходу блока питани  подключены первые выводы датчика линейных перемещений подвеса и электромагнита и через обмотки соответствующих реле- каждый из контактов датчика экстремальных положений подвеса, ко второму выводу блока питани  подсоединены перекидной контакт датчика экстремальных положений подвеса, движок датчика угловь х перемещений подвеса, второй вывод датчика линейных перемещений подвеса и через

JJJ герконодин из выводов триггера, при

этом каждый из выводов датчика угловых перемещений подвеса соединен через дифференцирующие цепочки и замыкающие контакты каждого из реле к первому и второму входам усилител , к третьему входу которого подключены движок датчика . линейных перемещений подвеса и первый вход видеоконтрольного блока, при этом ко второму выводу электромагнита подключены через первый ключ выход триггера, через последовательно соединенные регул тор амплитуды и второй ключ-выход усилител , а через третий ключ - второй вход триггера и выходы ждущих мультивибраторов, приче.м вход первого мультивибратора через второй замыкающий контакт первого реле, вход второго мультивибратора, четвертый ключ и второй ,ий контакт второго реле подключен ко второму выводтивторого реле подключен ко второму выводу источника питани , при этом первый ждущий мультивибратор защунтирован п тым ключом, ко входу триггера подключен электросекундомер, а первый вывод датчика угловых перемещений подвеса, подсоединен ко второму входу видеоконтрольного блока, причем движок датчика линейных перемещений подвеса механически св зан с грузом. На фиг. I показана кинематическа  схема устройства; на фиг. 2 - структурна  схема устройства. Учебное пособие «Ма тник содержит блок 1 шггани , нить 2, состо щую из соединительных нроБодов, подвес 3, состо П1 ,ий из электромагнита 4, на котором установлен датчик 5 линейных нере.мещений подвеса , груза 6 и пружины 7 дл  линиеризации перемещени  груза 6, ось 8 качани , нормально разомкнутый контакт 9 (геркон ), срабатывающий от .магнита 10, а также датчик 1 1 угловых перемещений подвеса . датчик 12 экстремальных положений подвеса , электромагнитные реле 13 и 14 с за .мыкающими контактами 15-18, две дифференцирующие  чейки 19 и 20, триггер 21, два ждущих мультивибратора 22 и 23, усилитель 24, регул тор амплитуды 25, п ть ключей 26-30, двухканальный видеоконтрольный блок 31 и электросекундомер 32. Первый вывод блока 1 питани  соединен с первым входом датчика 5 линейных перемен1ений подвеса, установленного на электро .магните 4 с первым входом э.чектро.магнита 4 и обмоток реле 13 и 14. Второй вывод соответственно обмотки первого реле 13 соединен с иервым выводом датчика 12 экстремальных положений подвеса. Второй вывод обмотки второго реле 14 соединен со вторым выводом датчика 12 экстремальиых положений подвеса, второй вывод б.юка 1 питани  соединен с перекидны.м контактом датчика 12 экстремальных положений иодвеса, движком датчика II угловых перемещений подвеса, с герконом 9, со вторым вводом датчика 5 линейных перемещеНИИ иодвеса, первыми выводами контактов 15 и 16 первого 13 и второго 14 реле. Втора  клемма контакта 15 реле 13 соединена со входом ждущего мультивибратора 22, защунтированного п тым ключом 26, втора  клемма контакта 16 через четвертый ключ 27 подсоединена ко входу второго мультивибратора 23. Выходы мультивибраторов 22 и 23 соединены со вторым входом триггера 21, а через третий ключ 28 и первый 29 - с его выходом, который подключен к электросекундомеру 32. Первый вход триггера 21 подключен ко второму выводу геркона 9. Второй вывод электромагнита 4 через второй ключ 30 и регул тора 25 амплитуды подсоединен- к выходу усилител  24. Первый вход усилител  24 соединен с выходом датчика 5 линейных перемещений подвеса и с первым входом двухканального видеоконтрольного блока 31, второй вход усилител  24 соединен через второй замыкающий контакт 17 второго реле 14 с выходом первой дифференцирующий  чейки 19.Вход первой дифференцирующей  чейки 19соединен со вторым выходом датчика 11 угловых перемещений подвеса, а третий вход усилител  24 соединен через второй замыкающий контакт 18 первого реле 14 с выходом второй дифференцирующей  чейки 20.Вход второй дифференцирующей  чейки 20соединен с первым выходом датчика 11 угловых перемещений подвеса и вторым входом двухканального видеоконтрольного блока 31. Учебное пособие может работать в следующих режимах. 1. Демонстраци  амплитудно-фазовых характериети-к (АФХ) при импульсном изменении длины .ма тника в каждой экстремальной точке. 2.Демонстраци  АФХ при укорочении длины ма тника в одной экстремальной точке и удлинении в другой. 3.Демонстраци  АФХ при укорочении ма тника в точках .максимальных скоростей и удлинении в экстремальных точках. 4.Де.монстраци  АФХ при изменении длины ма тника по закону ((ujt+Sn) , где е - текуща  длина ма тника; е. средн   длина ма тника; otj, - амплитуда укорочени  ма тника; w -частота собственных колебаний. Дл  первого режи.ма исходное положение схе.мы; ключи 27 и 28 замкнуты, 26, 29, 30 разомкнуты. При этом после отведени  ма тника 3 отпускани  его начинаетс  режим колебаний, при котором в экстремальных ( крайних точках) происходит импульсный подъем и опускание .массы 3. Наблюдение этого режима показывает, происходит затухание колебаний (те покачки энергии за счет екачкообразных изменений длины ма тника), в экстремальных точках не происходит. Во втором режиме исходное состо ние схемы: ключи 26, 28 замкнуты, ключи 27, 29, 30 разомкнуты. При этом в левой экстремальной точке происходит опускание центра т жести массы 3, а в правой поджатие.

В этом случае также происходит затухание колебаний.

В третьем режиме ключи 27 и 29 замкнуты , а ключи 26, 28, 30 разомкнуты.

В процессе наблюдени  устанавливаетс  следуюа1а  зависимость.

При небольших углах отклонени  ма тника колебательный процесс носит затухающий характер.

Это происходит вследствие того, что скорость изменени  длины ма тника (V2) значительно превосходит отношение - , т. е. Vj -, где V, - линейна  скорость ма тника в нижней точке.

С увеличением угла отклонени , когда выполн етс  соотношение V2 -, устанавливаетс  процесс автоколебаний.

В четвертом режиме исходное состо ние схемы: ключи 27 и 30 замкнуты, ключи 26, 28, 29 разомкнуты.

Работа устройства заключаетс  в следуюшем .

Перед демонстрацией четвертого режима производ т настройку схемы. Экспериментатор отводит подвес влево на угол оторому соответствует максимальна  амплитуда в третьем режиме, затем, отпустив подвес 3 быстро устанавливает регул тором 25 амплитуды амплитуду укорочени  ма тника а, в экстремальных точках равную амплитуде укорочени  в третьем режиме, отслежива  ее по первому каналу видеоконтрольного устройства 31.

После настройки производ т наблюдение и демонстрирование четвертого режима . Дл  этого экспериментатор отводит ма тник влево на угол f| соответствующий началному углу отклонени  ма тника в третьем режиме и переводит электросекундомер в ждущий режим, при этом магнит 10 под действием своего веса прижимает контактную пластину, на которой он установлен ко второму (правому по схеме) выходу датчика 12 экстремальных положений подвеса, 1 питани , вход датчика 12 экстремальных положений подвеса, в результате чего по создавшейс  цепи второй выход блока второй выход этого же датчика, обмотка реле 14, первый выход блока 1 питани ; потечет ток и реле 14 сработает, второй замыкающий контакт 17 второго реле 14 замыкаетс , а сигнал углового перемещени  ма тника , снимаемый со второго выхода датчика 11 угловых перемещений подвеса и поступающий на вход дифференцирующей  чейки 19, продифференцированный по времени , поступает через замкнутый контакт 17 на второй вход усилител  24, с выхода усилител  24 - на вход регул тора амплитуды 25, с выхода регул тора амплитуды 25 через замкнутый ключ 30 сигнал поступает на электромагнит 4, вследствие этого электромагнит 4 начинает поднимать груз 6.

В результате того, что в устройство введена жестка  отрицательна  св зь (выход

датчика 5 линейных перемещений подвеса, первый вход усилител  24), центр т жести подвеса 3 перемешаетс  в строгом соответствии с законом (1).

При достижении ма тником нулевой

точки () магнит 10 замыкает геркон 9, в результате чего на первый вход триггера 21 со второго выхода блока 1 питани  через геркон 9 поступает напр жение, триггер 21 срабатывает и выдает запускающий импульс на вход электросекундомера

32, последний включаетс  и начинаетс  отсчет времени выбега ма тника.

По достижении правой экстремальной точки магнит 10 под действием силы т жести перебрасывает пластину, на которой

он укреплен, на первый вход датчика 12 экстремальных положений подвеса, цепь второго реле 14 размыкаетс , а первого реле 13 замыкаетс , в результате чего контакт 17 размыкаетс , а контакт 18 замыкаетс  и сигнал углового перемещени , снимаемый с первого выхода датчика 11 угловых перемещений подвеса, поступает на вход дифференциальной  чейки 20, с выхода дифференциальной  чейки 20 продифференцированный сигнал поступает через замкнутый контакт 18 на третий вход усилител  24, с выхода усилител  24 через регул тор амплитуды 25 и замкнутый ключ 30 сигнал поступает на электромагнит 4, подвес 3 опускаетс , а ма тник начинает перемешатьс  влево.

Предлагаемое изобретение позвол ет наблюдать, что различные виды затухаюших колебаний, автоколебательные процессы и баланс фаз и амплитуд - необходимое условие возникновени  автоколебательного процесса.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Учебное пособие «Ма тник, содержащее блок питани , нить, подвес, ось качани , электромагнит и геркон, отличающеес  тем, что, с целью повышени  демонстрационных возможностей, оно содержит датчики угловых перемещений, линейных перемещений и экстремальных положений подвеса , электромагнитные реле, дифференцирующие  чейки, триггер, ждущие мультивибраторы , усилитель, регул тор амплитуды , ключи, двухканальный видеоконтрольный блок, электросекундомер и подпружиненный груз, причем к первому выводу блока питани  подключены первые выводы датчика линейных перемещений подвеса и электромагнита и через обмотки соответствующих реле - каждый из контактов датчика экстремальных положений подвеса , ко второму выводу блока питани  подсоединены перекидной контакт датчика экстремальных положений подвеса, движок датчика угловых перемещений подвеса, второй

   вывод датчика линейных перемещений подвеса и через геркон - один из выводов триггера, при этом каждый из выводов датчика угловых перемещений подвеса соединен через дифференцирующие цепочки и замыкающие контакты каждого из реле к первому и второму входам усилител , к третьему входу которого подключены движок датчика линейных перемещений подвеса и первый вход видеоконтрольного блока, при этом ко второму выводу электромагнита, подключены через первый ключ выход триггера , через последовательно соединенные регул тор амплитуды и второй ключ - выход усилител , через третий ключ - второй вход триггера и выходы ждущих мультивибраторов , причем вход первого мультивиб

   ратора через второй замыкающий контакт первого реле, вход второго мультивибратора, четвертый ключ и второй замыкающий контакт второго реле подключен ко второму выводу источника питани , при этом первый ждущий мультивибратор защунтирован п тым ключом, ко входу триггера подключен электросекундомер, а первый вывод датчика угловых перемещений подвеса подсоединен ко второму входу видеоконтрольного блока, причем движок датчика линейных

   перемещений подвеса механически св зан с грузом.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Харкевич А. П. Автоколебани . М.,

   1954, с. 131-323.

   Составитель В. Тюркин

   Редактор МЛысогороваТехред Д. БойкасКорректор С.

   Заказ 11712/40ТиражЦ ЗПодписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий

   113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Филиал ППП сПатент, г. Ужгород, ул. Проектна , 4