CN101645209A - 一种轻型角动量守恒演示仪 - Google Patents

一种轻型角动量守恒演示仪 Download PDF

Info

Publication number
CN101645209A
CN101645209A CN200910094931A CN200910094931A CN101645209A CN 101645209 A CN101645209 A CN 101645209A CN 200910094931 A CN200910094931 A CN 200910094931A CN 200910094931 A CN200910094931 A CN 200910094931A CN 101645209 A CN101645209 A CN 101645209A
Authority
CN
China
Prior art keywords
spring
instrument
demonstration
oscillators
angular momentum
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
CN200910094931A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101645209B (zh
Inventor
樊则宾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
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 Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN2009100949311A priority Critical patent/CN101645209B/zh
Publication of CN101645209A publication Critical patent/CN101645209A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101645209B publication Critical patent/CN101645209B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

本发明是一种便携式角动量守恒的演示仪器，其特征在于在一个采用轴承(3)旋转的转盘底座(2)上固定两根光滑的金属杆(1)，将两个由轻弹簧(4)和金属环(5)构成的弹簧谐振子套在金属杆(1)上，弹簧振子的一端固定在转盘的轴承(3)处。本发明的演示仪利用弹簧振子的振动达到改变***转动惯量的目的，整个装置原理直观，体积小便于携带，非常适合随堂演示，本装置不但能演示了角动量守恒定律还能演示了转动惯量与质量分布的关系。此外通过改变弹簧的劲度系数和金属环的质量，还可以演示弹簧谐振子的振动周期(频率)与弹簧的劲度系数及振子质量的关系。简言之，本装置具有演示效果直观，体积小质量轻，成本低，制作工艺简单的特点。

Description

一种轻型角动量守恒演示仪
技术领域
本发明涉及物理教学仪器，具体地说是一种能直观演示刚体转动惯量与质量分布有关及其角动量守恒的轻型角动量守恒演示仪。
背景技术
在大学物理角动量守恒演示实验中，通常采用茹科夫转椅来演示当***受到外力矩为零时，***的角动量守恒。这种仪器体积较大，演示时需要一定的空间，不便于带到课堂上做随堂演示。
发明内容
本发明的目的是提供一种既小巧轻便又直观易懂的角动量守恒演示仪器。
本发明的技术方案为：在一个采用轴承旋转的转盘底座上固定两根光滑的金属杆，将两个由轻弹簧和金属环构成的弹簧谐振子套在金属杆上，弹簧振子的一端固定在转盘的轴承处。
只要用力轻轻拨动金属杆，由金属杆和弹簧振子组成的***就可以在摩擦力几乎为零(因为轴承处摩擦力很小)的情况下旋转起来。在转动开始时压缩弹簧振子，由于弹簧振子开始被压缩，因此***一面做圆周运动，同时弹簧振子又做径向的简谐振动，由于转轴处的摩擦力可忽略，弹簧振子和金属杆之间的摩擦力为内力，***受到的外力矩近似为零，***的角动量近似守恒。当弹簧振子的金属环离转轴最近时，***的转动惯量最小，因此角速度最大，当金属环运动到离转轴最远时，***由于质量分布最远，***的转动惯量最大，因此转速最慢，只要选取劲度系数足够小的弹簧，金属环的质量又比较大，则弹簧振子的谐振频率就可以很低，这样***转动的角速度的变化频率也很低，人眼就很容易观察到角速度快慢变化。
本发明的演示仪主要有以下特点：利用弹簧振子的振动达到改变***转动惯量的目的，整个装置原理直观，体积小便于携带，非常适合随堂演示，本装置不但能演示了角动量守恒定律还能演示了转动惯量与质量分布的关系。此外通过改变弹簧的劲度系数和金属环的质量，还可以演示弹簧谐振子的振动周期(频率)与弹簧的劲度系数及振子质量的关系。简言之，本装置具有演示效果直观，体积小质量轻，成本低，制作工艺简单的特点。
附图说明
图1是本发明的演示仪的主视图；
图2是本发明的演示仪的俯视图。
图中，1-金属杆，2-转盘底座，3-轴承，4-弹簧，5-金属环。
具体实施方式
如图1、图2所示，该装置由采用轴承3旋转的转盘底座2、两根光滑的金属杆1，和两个轻弹簧4和两个金属环5组成。在采用轴承3旋转的转盘底座2上固定两根光滑的金属杆1，将两个由轻弹簧4和金属环5构成的弹簧谐振子套在光滑金属杆1上，弹簧振子的一端固定在转盘的轴承3处。利用弹簧振子的简谐振动就可以改变转动***的质量分布，进而改变***转动惯量，达到演示***角动量守恒的目的。选择劲度系数较小的弹簧4，同时适当选取质量较大的金属环5(振子的质量)，就可以获得人眼很容易观察到***转动角速度的周期性的变化。
本发明的工作原理如下：
在转动开始时压缩弹簧振子，然后施加一个外力矩，使金属杆1、弹簧4和金属环5组成的***转动起来。由于弹簧振子开始被压缩，因此整个***一面做绕定轴的转动，同时弹簧振子又做沿着径向的简谐振动，由于转轴处的摩擦力可忽略，弹簧振子和金属杆之间的摩擦力又是内力，金属杆1、弹簧4和金属环5组成的***角动量近似守恒。当弹簧振子的金属环5运动到离转轴最近时，因为质量分布离轴最近，***的转动惯量最小，因此角速度最大，此时金属环5受到的指向外的弹簧的弹性力最大，而离心力也最大，因此会向外侧运动；当金属环5距离转轴最远时，***由于质量分布最远，***的转动惯量最大，因此转速最慢，此时恰好弹簧向里的拉力最大，转速慢，半径大，则离心力最小，因此金属环开始向里侧运动。这样***就会周期性的运动下去，就可以看到***转速周期性的变化。为了让角速度的变化不至于太快而人眼无法分辨，必须使弹簧振子的频率低于一定的数值。由于弹簧谐振子的谐振频率与弹簧4的劲度系数的二分之一次方成反比，与金属环5质量的二分之一次方成正比，，只要选取劲度系数足够小的弹簧4，同时金属环5的质量选得比较大，弹簧振子的谐振频率就可以很低，人眼就很容易观察到角速度快慢变化。另一方面，金属环5的质量越大，***的转动惯量的变化量就越大，***转动角速度的变化就越明显，演示效果就越好。简单来说，本装置从原理上说相当于利用弹簧振子的简谐振动来代替茹科夫转椅上手持哑铃之人的手臂伸缩，因此有相同的演示效果，但却具有便携的显著优点。

Claims (1)

1、一种便携式角动量守恒的演示仪器，其特征在于在一个采用轴承(3)旋转的转盘底座(2)上固定两根光滑的金属杆(1)，将两个由轻弹簧(4)和金属环(5)构成的弹簧谐振子套在金属杆(1)上，弹簧振子的一端固定在转盘的轴承(3)处。
CN2009100949311A 2009-09-03 2009-09-03 一种轻型角动量守恒演示仪 Expired - Fee Related CN101645209B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100949311A CN101645209B (zh) 2009-09-03 2009-09-03 一种轻型角动量守恒演示仪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100949311A CN101645209B (zh) 2009-09-03 2009-09-03 一种轻型角动量守恒演示仪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101645209A true CN101645209A (zh) 2010-02-10
CN101645209B CN101645209B (zh) 2011-05-25

Family

ID=41657081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009100949311A Expired - Fee Related CN101645209B (zh) 2009-09-03 2009-09-03 一种轻型角动量守恒演示仪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101645209B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102479136A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 英业达股份有限公司 高速周边元件扩展接口的测试***
CN104123865A (zh) * 2014-07-02 2014-10-29 齐齐哈尔大学 一种转动惯量测量与演示实验装置
CN107085994A (zh) * 2017-04-07 2017-08-22 王颖龙 转动惯量探究仪

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102479136A (zh) * 2010-11-30 2012-05-30 英业达股份有限公司 高速周边元件扩展接口的测试***
CN104123865A (zh) * 2014-07-02 2014-10-29 齐齐哈尔大学 一种转动惯量测量与演示实验装置
CN104123865B (zh) * 2014-07-02 2016-05-18 齐齐哈尔大学 一种转动惯量测量与演示实验装置
CN107085994A (zh) * 2017-04-07 2017-08-22 王颖龙 转动惯量探究仪

Also Published As

Publication number Publication date
CN101645209B (zh) 2011-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101645209B (zh) 一种轻型角动量守恒演示仪
CN201498118U (zh) 一种轻型角动量守恒演示仪
CN201122367Y (zh) 一种线位移机械振荡器
CN102527041A (zh) 一种电动秋千
CN203706515U (zh) 简谐振动演示仪
CN207169440U (zh) 一种药物溶解装置
CN103514796B (zh) 一种用于教学的曲柄摇杆机构演示教具
CN203829605U (zh) 行星式变速空竹
CN101284170A (zh) 圆盘式跑步机
CN203777660U (zh) 自动控制单摆秋千
CN103933713B (zh) 行星式变速空竹
CN203619838U (zh) 一种无需电力的甩脂机
CN203915913U (zh) 踏步式身体放松装置
CN201740987U (zh) 立体旋转摆轮擒纵调速机构
CN207752669U (zh) 一种数学教学用具
CN101664592A (zh) 具有可调式惯性阻力负荷特征的哑铃
CN207125559U (zh) 多功能婴儿床
CN218528274U (zh) 一种用于震动床的振动装置
CN104217631B (zh) 角动量定理组合演示仪
CN104190061A (zh) 一种可自由伸缩的无级变速空竹组件
CN204050881U (zh) 一种可自由伸缩的无级变速空竹组件
CN2226324Y (zh) 三球式角动量守恒演示器
CN205177236U (zh) 用于演示机械运动的小车
CN104083872A (zh) 一种超大型陀螺及其启动装置
CN203724408U (zh) 一种新型甩脂机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110525

Termination date: 20130903