CN204130020U

CN204130020U - 卧式平面汇交力系的等效实验台

Info

Publication number: CN204130020U
Application number: CN201420599296.9U
Authority: CN
Inventors: 董炯; 姚立昂; 董逸翔; 张英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2024-10-17

Abstract

一种卧式平面汇交力系的等效实验台，由滑轮、绳索、可移动和转动的支架、砝码盘、砝码可移动和转动的量角刻度盘、实验台等组成，通过轴连接滑轮后，在实验台上固定，绳索分别绕对应的滑轮后分别连接砝码盘，验证同向力、反向力，其它复杂条件下的平面汇交力系分力与合力的等效性，通过读取砝码质量和测量绳索间平衡条件下与绳索Ⅱ的夹角，获得复杂的平面汇交力系情况下，力的等效与替换、合力与分力的条件，进一步验证平行四边形法则。本实用新型只借助重力作为实验的源动力，不需要任何其它动力，低碳环保；实验桌可以使用任意有边沿的桌子，不需要单独定制实验桌，节省实验桌的开支；整套装置携带方便，不需要单独实验室，在教室或寝室等有操作空间的场所均可进行实验；实验设备简洁、直观、易学。

Description

卧式平面汇交力系的等效实验台

技术领域

本实用新型属于教育行业中高中物理、力学类课程及工程设计与结构分析中静力学研究的技术领域，特别涉及一种力系，即：各力作用线在同一平面内且汇交于一点的力系（称为平面汇交力系）的等效转换，如：在一个平面上，多种条件下汇交力的分解与合成、等效与替代的检验实验的设备。

背景技术

各力作用线在同一平面内且汇交于一点的力系称为平面汇交力系。平面汇交力系是最简单、最基本的力系。理论力学中平面汇交力系的解题方法有两种：即几何法和解析法。平面汇交力系的等效实验台是一种在一个平面内各种条件，如：作业线延长线重合、二力、三力及多力交汇一点等情况下检测受力平衡条件的一种实验台。在研究探索汇交力系平衡条件、利用平衡条件求未知力和新结构的设计与分析过程中，也是一种不可或缺的重要验证设备。目前高中物理中有使用弹簧秤和细绳测量力的大小与方向的简单的验证性实验方式；结构力学中检验桁架受力变形量的使用设备；而工程力学实验中，多是测量材料力学性能的使用设备，尚未发现对其受力性质、等效分析、分解与合成进行原理性实验的机器设备的研究和应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种通过重物、绳索、滑轮和量角器搭建的一个平面汇交力系，完成不同位置施加不同或相同载荷、在不同角度安置不同的重物，通过绳索与量角器连接起来，达到平衡时，绳索间的角度与重物质量的关系，从而验证平面汇交力系的平衡条件和等效作用，借助于平面汇交力系的实际重物施加力的重力值与各绳索之间达到平衡时的角度之间的关系，达到验证平行四边形法则的作用，检测结构内受力条件的实验装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种卧式平面汇交力系的等效实验台，其特征是：量角刻度盘12通过盘轴11固定在量角刻度盘座13上，量角刻度盘座13上安装量角刻度盘座万向轮14后放置在实验桌1上；滑轮Ⅰ5通过支架轴Ⅰ7和支架Ⅰ8安装在旋转盘Ⅰ6上，旋转盘Ⅰ6活动安装在支座Ⅰ9上，支座Ⅰ9通过支座锁定螺钉Ⅰ10固定在实验桌1上；绳索Ⅰ4的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅰ5与砝码盘Ⅰ3连接使砝码盘Ⅰ3垂直悬挂，砝码Ⅰ2放置在砝码盘Ⅰ3上；滑轮Ⅱ15通过支架轴Ⅱ16和支架Ⅱ17安装在旋转盘Ⅱ32上，旋转盘Ⅱ32活动安装在支座Ⅱ31上，支座Ⅱ31通过支座锁定螺钉Ⅱ30固定在实验桌1上；绳索Ⅱ18的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅱ15与砝码盘Ⅱ29连接使砝码盘Ⅱ29垂直悬挂，砝码Ⅱ28放置在砝码盘Ⅱ29上；滑轮Ⅲ19通过支架轴Ⅲ20和支架Ⅲ21安装在旋转盘Ⅲ22上，旋转盘Ⅲ22活动安装在支座Ⅲ23上，支座Ⅲ23通过支座锁定螺钉Ⅲ24固定在实验桌1上；绳索Ⅲ25的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅲ19与砝码盘Ⅲ27连接使砝码盘Ⅲ27垂直悬挂，砝码Ⅲ26放置在砝码盘Ⅲ27上；绳索Ⅳ54的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅳ62与砝码盘Ⅳ61连接；滑轮Ⅴ63通过支架Ⅴ60安装在支座Ⅴ59上，支座Ⅴ59通过支座锁定螺钉Ⅴ56固定在实验桌1上；绳索Ⅴ55的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅴ63与砝码盘Ⅴ57连接，砝码Ⅴ58放置在码盘Ⅴ57上。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过支架和支座连接滑轮Ⅰ—Ⅴ后，用支座锁定螺钉Ⅰ—Ⅴ固定在实验桌上，绳索Ⅰ—Ⅴ分别绕对应的滑轮后分别与砝码盘和砝码连接，验证复杂条件下的平面汇交力系分力与合力的等效性，通过读取砝码质量和测量绳索间实际工作条件下与绳索间的夹角，获得复杂的平面汇交力系情况下力的等效与替换、合力与分力的条件，进一步验证平行四边形法则；由于量角刻度盘和量角刻度盘座的水平放置，并有量角刻度盘座万向轮支撑，可在实验桌上移动，绳索的垂直力经过滑轮转变为水平力，所以，量角刻度盘、量角刻度盘座和量角刻度盘座万向轮的质量对实验没有影响。本实用新型只借助重力作为实验的源动力，不需要任何其它动力，低碳环保；实验桌可以使用任意有边沿的桌子，不需要单独定制实验桌，节省实验桌的开支；整套装置携带方便，不需要单独实验室，在教室或寝室等有操作空间的场所均可进行实验；实验设备简洁、直观、易学。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的多力平衡时的俯视图；

图4是图3的多力平衡时的主视图。

图中：1.实验桌，2.砝码Ⅰ，3.砝码盘Ⅰ，4.绳索Ⅰ，5.滑轮Ⅰ，6.旋转盘Ⅰ，7.支架轴Ⅰ，8.支架Ⅰ，9.支座Ⅰ，10.支座锁定螺钉Ⅰ，11.盘轴，12.量角刻度盘，13.量角刻度盘座，14.量角刻度盘座万向轮，15.滑轮Ⅱ，16.支架轴Ⅱ，17.支架Ⅱ，18.绳索Ⅱ，19.滑轮Ⅲ，20.支架轴Ⅲ，21.支架Ⅲ，22.旋转盘Ⅲ，23.支座Ⅲ，24.支座锁定螺钉Ⅲ，25.绳索Ⅲ，26.砝码Ⅲ，27.砝码盘Ⅲ，28.砝码Ⅱ，29.砝码盘Ⅱ，30.支座锁定螺钉Ⅱ，31.支座Ⅱ，32.旋转盘Ⅱ，33.虚拟位置Ⅰ，34.虚拟位置Ⅱ，35.虚拟位置Ⅲ，36.虚拟位置ⅣA位，37. 虚拟位置ⅣB位，38.虚拟位置ⅤA位，39.虚拟位置ⅤB位，40.虚拟位置ⅥA位，41.虚拟位置ⅥB位，42.虚拟位置Ⅶ，43.虚拟位置ⅧA位，44.虚拟位置ⅧB位，45.虚拟位置Ⅸ，46. 虚拟位置ⅩA位，47.虚拟位置ⅩB位，48.虚拟位置Ⅺ，49.虚拟位置Ⅻ，50.虚拟位置ⅩⅢ，51. 量角刻度盘刻度，52.虚拟位置ⅩⅣA位，53.虚拟位置ⅩⅣB位，54.绳索Ⅳ，55.绳索Ⅴ，56.支座锁定螺钉Ⅴ，57.砝码盘Ⅴ，58.砝码Ⅴ，59.支座Ⅴ，60.支架Ⅴ，61.砝码盘Ⅳ，62.滑轮Ⅳ，63.滑轮Ⅴ。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

一种卧式平面汇交力系的等效实验台，是基于多种力在一个平面内汇交一点的，设计性创造多种条件下汇交力的分解与合成、等效与替代的检验实验的平面汇交力系的等效实验设备。其具体结构如图1-4所示，量角刻度盘12通过盘轴11固定在量角刻度盘座13上，量角刻度盘座13上安装量角刻度盘座万向轮14后放置在实验桌1上；滑轮Ⅰ5由支架轴Ⅰ7和支架Ⅰ8安装在旋转盘Ⅰ6上，旋转盘Ⅰ6活动安装在支座Ⅰ9上，支座Ⅰ9通过支座锁定螺钉Ⅰ10固定在实验桌1上；绳索Ⅰ4的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅰ5与砝码盘Ⅰ3连接使砝码盘Ⅰ3垂直悬挂，砝码Ⅰ2放置在砝码盘Ⅰ3上；滑轮Ⅱ15通过支架轴Ⅱ16和支架Ⅱ17安装在旋转盘Ⅱ32上，旋转盘Ⅱ32活动安装在支座Ⅱ31上，支座Ⅱ31通过支座锁定螺钉Ⅱ30固定在实验桌1上；绳索Ⅱ18的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅱ15与砝码盘Ⅱ29连接使砝码盘Ⅱ29垂直悬挂，砝码Ⅱ28放置在砝码盘Ⅱ29上；滑轮Ⅲ19通过支架轴Ⅲ20和支架Ⅲ21安装在旋转盘Ⅲ22上，旋转盘Ⅲ22活动安装在支座Ⅲ23上，支座Ⅲ23通过支座锁定螺钉Ⅲ24固定在实验桌1上；绳索Ⅲ25的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅲ19与砝码盘Ⅲ27连接使砝码盘Ⅲ27垂直悬挂，砝码Ⅲ26放置在砝码盘Ⅲ27上；绳索Ⅳ54的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅳ62与砝码盘Ⅳ61连接；滑轮Ⅴ63通过支架Ⅴ60安装在支座Ⅴ59上，支座Ⅴ59通过支座锁定螺钉Ⅴ56固定在实验桌1上；绳索Ⅴ55的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮Ⅴ63与砝码盘Ⅴ57连接，砝码Ⅴ58放置在码盘Ⅴ57上。

本实用新型使用时，分别增减垂直悬挂的砝码盘Ⅰ3、砝码盘Ⅱ29和砝码盘Ⅲ27上的砝码Ⅰ2、砝码Ⅱ28和砝码Ⅲ26的质量，绳索Ⅰ4、绳索Ⅱ18和绳索Ⅲ25因重力的作用，牵动盘轴11、量角刻度盘座13和量角刻度盘座万向轮14在实验桌1上移动，使三力汇交力系达到平衡后，读取砝码Ⅰ2、砝码Ⅱ28和砝码Ⅲ26的质量，在量角刻度盘刻度51上测得绳索Ⅲ25与绳索Ⅱ18、绳索Ⅰ4与绳索Ⅱ18和绳索Ⅰ4与绳索Ⅲ25在平衡状态下的夹角，获得三个拉力的平衡条件，验证平行四边形法则。

松动锁定螺钉Ⅰ10，支座Ⅰ9沿实验桌1边沿移动至虚拟位置Ⅰ33、虚拟位置Ⅱ34、虚拟位置Ⅲ35或虚拟位置ⅣA位36上，锁紧锁定螺钉Ⅰ10固定支座Ⅰ9，分别增减砝码Ⅰ2、砝码Ⅱ28和砝码Ⅲ26的质量，使三力汇交力系达到新的平衡后，读取砝码Ⅰ2、砝码Ⅱ28和砝码Ⅲ26的质量，测得绳索Ⅲ25与绳索Ⅱ18、绳索Ⅰ4与绳索Ⅱ18和绳索Ⅰ4与绳索Ⅲ25在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力的平衡条件，验证平行四边形法则，在新平衡位置，绳索Ⅲ25与绳索Ⅱ18、绳索Ⅰ4与绳索Ⅱ18和绳索Ⅰ4与绳索Ⅲ25间的夹角发生变化，在虚拟位置ⅣA位36上的支架Ⅰ8绕旋转盘Ⅰ6可旋至虚拟位置ⅣB位37。

松动锁定螺钉Ⅱ30，支座Ⅱ31沿实验桌1边沿移动至虚拟位置Ⅰ33或虚拟位置Ⅱ34或虚拟位置Ⅲ35或虚拟位置ⅣA位36或虚拟位置ⅤA位38或虚拟位置ⅥA位40或虚拟位置Ⅶ42或虚拟位置ⅧA位43或虚拟位置Ⅸ45或虚拟位置ⅩA位46或虚拟位置Ⅺ48或虚拟位置Ⅻ49或虚拟位置ⅩⅢ50或虚拟位置ⅩⅣA位52上，锁紧锁定螺钉Ⅱ30固定支座Ⅱ31，分别增减砝码Ⅰ2、砝码Ⅱ28和砝码Ⅲ26的质量，使三力汇交力系达到新的平衡后，读取砝码Ⅰ2、砝码Ⅱ28和砝码Ⅲ26的质量，测得绳索Ⅲ25与绳索Ⅱ18、绳索Ⅰ4与绳索Ⅱ18和绳索Ⅰ4与绳索Ⅲ25在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力的平衡条件，验证平行四边形法则，在新平衡位置，绳索Ⅲ25与绳索Ⅱ18、绳索Ⅰ4与绳索Ⅱ18和绳索Ⅰ4与绳索Ⅲ25间的夹角发生变化，在虚拟位置ⅣA位36上的支架可旋至虚拟位置ⅣB位37或虚拟位置ⅤA位38可旋至虚拟位置ⅤB位39或虚拟位置ⅥA位40可旋至虚拟位置ⅥB位41或虚拟位置ⅧA位43可旋至虚拟位置ⅧB位44或虚拟位置ⅩA位46可旋至虚拟位置ⅩB位47或虚拟位置ⅩⅣA位52可旋至虚拟位置ⅩⅣB位53。

当绳索Ⅱ18绕滑轮Ⅰ5或滑轮Ⅲ19达到平衡时，验证三力平衡特例的二力平衡。

绳索Ⅳ54绕滑轮Ⅳ62与砝码盘Ⅳ61连接，绳索Ⅴ55绕滑轮Ⅴ63与砝码盘Ⅴ57连接，放入砝码Ⅴ58，达到新的平衡后，读取各砝码的质量，测得绳索Ⅰ5、绳索Ⅱ13、绳索Ⅲ40、绳索Ⅳ54和绳索Ⅴ55在新平衡状态下相互间的夹角，获得四个拉力或五个拉力的平衡，验证多力情况下的平行四边形法则。

Claims

1.一种卧式平面汇交力系的等效实验台，其特征是：量角刻度盘（12）通过盘轴（11）固定在量角刻度盘座（13）上，量角刻度盘座（13）上安装量角刻度盘座万向轮（14）后放置在实验桌（1）上；滑轮Ⅰ（5）通过支架轴Ⅰ（7）和支架Ⅰ（8）安装在旋转盘Ⅰ（6）上，旋转盘Ⅰ（6）活动安装在支座Ⅰ（9）上，支座Ⅰ（9）通过支座锁定螺钉Ⅰ（10）固定在实验桌（1）上；绳索Ⅰ（4）的一端与盘轴（11）连接，另一端绕过滑轮Ⅰ（5）与砝码盘Ⅰ（3）连接使砝码盘Ⅰ（3）垂直悬挂，砝码Ⅰ（2）放置在砝码盘Ⅰ（3）上；滑轮Ⅱ（15）通过支架轴Ⅱ（16）和支架Ⅱ（17）安装在旋转盘Ⅱ（32）上，旋转盘Ⅱ（32）活动安装在支座Ⅱ（31）上，支座Ⅱ（31）通过支座锁定螺钉Ⅱ（30）固定在实验桌（1）上；绳索Ⅱ（18）的一端与盘轴（11）连接，另一端绕过滑轮Ⅱ（15）与砝码盘Ⅱ（29）连接使砝码盘Ⅱ（29）垂直悬挂，砝码Ⅱ（28）放置在砝码盘Ⅱ（29）上；滑轮Ⅲ（19）通过支架轴Ⅲ（20）和支架Ⅲ（21）安装在旋转盘Ⅲ（22）上，旋转盘Ⅲ（22）活动安装在支座Ⅲ（23）上，支座Ⅲ（23）通过支座锁定螺钉Ⅲ（24）固定在实验桌（1）上；绳索Ⅲ（25）的一端与盘轴（11）连接，另一端绕过滑轮Ⅲ（19）与砝码盘Ⅲ（27）连接使砝码盘Ⅲ（27）垂直悬挂，砝码Ⅲ（26）放置在砝码盘Ⅲ（27）上；绳索Ⅳ（54）的一端与盘轴（11）连接，另一端绕过滑轮Ⅳ（62）与砝码盘Ⅳ（61）连接；滑轮Ⅴ（63）通过支架Ⅴ（60）安装在支座Ⅴ（59）上，支座Ⅴ（59）通过支座锁定螺钉Ⅴ（56）固定在实验桌（1）上；绳索Ⅴ（55）的一端与盘轴（11）连接，另一端绕过滑轮Ⅴ（63）与砝码盘Ⅴ（57）连接，砝码Ⅴ（58）放置在码盘Ⅴ（57）上。